Konstruksjons- og styringsteknikk, TIF

Page 1

B

TIF-serien består av tre bøker som til sammen dekker tre felles programfag i læreplanen for utdanningsprogrammet Vg1 Teknologi- og industrifag.

Jørn Kenneth Andersen Johnny Hansen Rune Mathisen Rolf Rønning

www.skolestudio.no

er in rd vu til

Konstruksjons- og styringsteknikk

TIF er en del av Skolestudio, et digitalt læringsmiljø for den videregående skole.

Vg1

n

HMS og betydningen av godt HMS-arbeid i skole og arbeidsliv står sentralt gjennom hele boka.

Konstruksjonsog styringsteknikk

Ku

Konstruksjons- og styringsteknikk har praktiske eksempler og oppgaver som knytter yrkesteori og praksis sammen. Refleksjonsoppgaver underveis i kapitlene utfordrer elevene til å diskutere, samarbeide og tenke kritisk.

Teknologi- og industrifag

Boka er delt inn i fire hoveddeler • Elektroteknikk • Styringsteknikk • Kjemiprosess • Tegning og tegningslesing

g

Konstruksjons- og styringsteknikk er skrevet for felles programfag Konstruksjons- og styringsteknikk.

Vg1 Teknologi- og industrifag


n

Ku

til

er in

rd

vu

g


g

Jørn Kenneth Andersen | Johnny Hansen | Rune Mathisen | Rolf Rønning

rd

er in

Konstruksjons- og styringsteknikk, 3. utgave

vu

Vg1 Teknologi- og industrifag

Ku

n

til

Bokmål


g er in rd 3. utgave, 1. opplag

vu

© Gyldendal Norsk Forlag AS 2021

Læreboka er skrevet etter gjeldende læreplan i felles programfag Vg1 Teknologi- og industrifag Printed in Slovenia by GPS Group, 2021 ISBN 978-82-05-52361-6 Redaktør: Aase Sundklakk

til

Bilderedaktør: Hege Røyert (NTB) Design, layout og ombrekking: Marianne Cecilie Dahl / mcddesign.no Omslagsdesign: Lise Mosveen

Omslagsbilde: Cavan Images/F1 online/Imageselect

n

Materialet i denne boka er beskyttet etter åndsverklovens bestemmelser. Enhver kopiering, avfotografering eller annen form for eksemplarframstilling og tilgjengeliggjøring av materialet i denne boka er kun tillatt dersom det finnes lovhjemmel eller er inngått særskilt avtale med Gyldendal Norsk Forlag AS. Virksomheter som har inngått avtale med Kopinor, kan kopiere, avfotografere osv. innenfor avtalens rammer (inntil 15 % av bokas sidetall).

Ku

Det er ikke tillatt å kopiere fra arbeidsbøker (engangshefter). Utnytting i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel Alle henvendelser om forlagets utgivelser kan rettes til: Gyldendal Undervisning

Redaksjonen for videregående skole Postboks 6860 St. Olavs plass 0130 Oslo

E-post: undervisning@gyldendal.no www.gyldendal.no/undervisning Alle Gyldendals bøker er produsert i miljøsertifiserte trykkerier. Se www.gyldendal.no/miljo


er in

TIF-serien dekker yrkesteorien i alle tre felles programfag i læreplanen for Vg1 Teknologi- og industrifag: produksjon og tjenester, produktivitet og kvalitetsstyring og konstruksjons- og styringsteknikk. Den er et godt utgangspunkt for å utarbeide lokale læreplaner og tilrettelegge den praktiske opplæringen i verkstedet.

g

Forord

Boka Konstruksjons- og styringsteknikk er delt inn i fire deler:

Del 1 Elektroteknikk omhandler elektrisitet, elektrisitet og førstehjelp, enkle serie- og parallellkoplinger, effekt, batterier, motorer, generatorer og transformatorer.

rd

Del 2 Styringsteknikk tar for seg elektriske motorstyringer, pneumatikk, hydraulikk, automatisering, CNC og roboter. Del 3 Kjemiprosess omhandler prosessforståelse, regulering, instrumentering og måleteknikk, kjemiteknikk og kjemi.

vu

Del 4 Tegning og tegningslesing gir en innføring i å lese, forstå og følge enkle tegninger som skal brukes i produksjon og vedlikeholdsoppgaver.

Lykke til!

til

Det er lagt stor vekt på helse, miljø og sikkerhet, HMS, gjennom hele boka, både når det gjelder lover og regler, og HMS knyttet til bruk av maskiner og utstyr. Boka har varierte oppgaver, ordforklaringer og refleksjonsspørsmål som utfordrer og inspirerer.

Ku

n

Januar, 2021 Jørn Kenneth Andersen, Johnny Hansen, Rune Mathisen, Rolf Rønning


[start innfort]

Innhold 4 Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Hva er effekt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Hva er energi?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Måling av effekt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

er in

g

DEL 1 Elektroteknikk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5 Batterier og batteridrift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Batterier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Sekundærbatterier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Primærbatterier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 6 Motorer, generatorer og transformatorer. . . . . . . . 57 Likestrømsmotorer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Vekselstrømsmotorer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Merkeskilt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Generatorer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Transformatorer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

rd

1 Elsikkerhet og førstehjelp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Strømulykker. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Førstehjelp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Hjerte-lunge-redning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

vu

2 Elektrisitet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Strøm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Elektrisk spenning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Resistans. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Måleinstrumenter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Ledere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Ku

n

til

3 Seriekopling og parallellkopling. . . . . . . . . . . . . . . . 32 Kopling av elektriske belastninger. . . . . . . . . . . . . . . 33 Seriekopling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Kirchhoffs lover. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Parallellkopling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36


4 Automatisering. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Logiske funksjoner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Ventiler med solenoid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Elektrisk kopling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Sekvensdiagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Måling av mengde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Regulering av væskemengde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Måling av trykk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 PLS – programmerbare logiske styringer. . . . . . . . . 177

5 CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Planlegging av programmering. . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 DAK og DAP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Dataassistert produksjon (DAP) . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Maskiner som arbeider i xy-planet. . . . . . . . . . . . . . . 210 3D-printing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

rd

1 Elektriske motorstyringer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Arbeid på elektriske lavspenningsanlegg . . . . . . . . . 75 Elektriske styringer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Ledninger og kabler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Motorstyring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

er in

g

DEL 2 Styringsteknikk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

6 Roboter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 Ulike kategorier roboter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 Sikkerhet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Programmering av roboter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

til

vu

2 Pneumatikk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Komprimering av luft. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Kompressorer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Trykktanken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Anlegget i verkstedet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Arbeidsenheter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Pneumatiske motorer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Pneumatiske styringsenheter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Regulerende ventiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Slanger, rør og koplinger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Grunnleggende koplinger Vedlikehold og feilsøking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

Ku

n

3 Hydraulikk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Arbeid på hydrauliske anlegg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Hydraulikkaggregatet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Hydraulikkpumper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Hydraulikkolje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Hydrauliske retningsventiler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Hydrauliske arbeidsenheter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Akkumulator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Hydraulikkslanger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 Hydrauliske systemer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Vedlikehold og reparasjon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160


DEL 4 Tegning og tegningslesing . . . . . . . . . . . . . . 296

1 Prosessforståelse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Hva er en prosess?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Pådrag og utganger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Prosessforstyrrelser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Hva er kvalitet?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

1 Projeksjonsmetoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 Den europeiske projeksjonsmetoden. . . . . . . . . . . . 298 Den amerikanske projeksjonsmetoden. . . . . . . . . . 302

er in

g

DEL 3 Kjemiprosess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

rd

2 Tegneark. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 Tegnefelt og skrivefelt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 Målestokk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

3 Linjer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 Linjetykkelser og linjegrupper. . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 Linjetyper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 Overføringslinjer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

vu

2 Reguleringsteknikk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 Grunnprinsipper for regulering. . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Reguleringssløyfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Det vanligste pådragsorganet: reguleringsventilen. 246 Seteventilen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 Prosessflytdiagram og P&ID. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

til

3 Instrumentering og måleteknikk . . . . . . . . . . . . . . 252 Det generelle måleinstrumentet. . . . . . . . . . . . . . . . 253 Instrumentsignaler og justering. . . . . . . . . . . . . . . . 254 Trykkmålinger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 Temperaturmålinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 Nivåmåling og gjennomstrømningsmåling. . . . . . . . 261

Ku

n

Kjemiteknikk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 Mer om trykk og temperatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 Faseoverganger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 Den ideelle gassloven. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 Pumping og kompresjon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 Strømning i rør . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

5 Kjemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 Å lære seg kjemi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 Atomer og grunnstoffer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 Periodesystemet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 Kjemiske bindinger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

4 Målsetting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 Metode 1 – leseretning og detaljer . . . . . . . . . . . . . . . 315 Målsettingsmetoder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 Metode 2 – Leseretning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324

5 Symboler for mål og form. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 Formen på detaljen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 Angivelse av sveis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 Overflatebeskaffenhet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 Toleranser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 6 Gjenger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 Utvendig og innvendig gjenge. . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 Bruk av gjengetabeller. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 7 Snitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 Snittflate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 Skravering av metalliske materialer . . . . . . . . . . . . 344


rd

10 Geometriske toleranse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 Hva er geometriske toleranser? . . . . . . . . . . . . . . . . 359 Formtoleranser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 Retningstoleranser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 Beliggenhetstoleranser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 Kasttoleranser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

er in

9 Måltoleranser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 Direkte toleransesatte mål . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 Generelle toleranser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353

g

8 Forenklet tegnemåte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 Skruer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 Tannhjul. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346

vu

11 Overflateruhet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 Midlere profilhøyde, Ra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 Ruhetssymbolene. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 Ruhetsverdier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

til

Sveiste forbindelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 12 Grunnsymboler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 Plassering av sveisesymboler. . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 Målsetting av sveiser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 Kompletterende sveiseangivelser. . . . . . . . . . . . . . . 374 Utenlandske sveisesymboler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376

Ku

n

Stikkord. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377


g er in vu

1

rd

DEL

Elektroteknikk

til

MÅL

Når du har arbeidet med del 1 Elektroteknikk, skal du

Ku

n

kjenne til elsikkerhet og førstehjelp kunne beregne elektriske størrelser som strøm, spenning og resistans kjenne til forskjellen på en likespenning og en vekselspenning kunne bruke et multimeter for å måle elektriske størrelser i en elektrisk krets kjenne til effekt og energi vite forskjellen på seriekopling og parallellkopling kjenne til de mest brukte batteriene og miljøfarene ved dem kunne forklare hvordan en motor er bygd opp, og forstå merkeskiltet på motoren kjenne til transformator og generator


9

Det er elektriske apparater overalt i samfunnet. De blir drevet av batterier eller med strøm fra det elektriske nettet i husene våre, der spenningen er 230 V.

g

De elektriske signalene som styrer funksjonene i apparatene, er for­skjellige – den elektriske strømmen kan variere fra svært liten, bare noen få milliondels ampere (µA), til svært stor, over hundre ampere (A).

1 Elsikkerhet og førstehjelp

4 Effekt

I bilannonser møter vi ofte det gamle uttrykket hestekrefter. Antallet hestekrefter er et mål på hvor sterk bilen er. En bil kan for eksempel ha en styrke på 245 hestekrefter. Denne styrken er effekten til motoren.

2 Elektrisitet

vu

rd

Strøm som blir ledet gjennom en persons kropp, for eksempel fra hånd til hånd eller hånd til fot, kan gi indre skader. Lær deg førstehjelp, slik at du vet hvordan du skal handle dersom noen i nærheten av deg får strømgjennomgang.

er in

Elektrisitet må brukes på en sikker måte, og da har vi utrolig stor nytte av den. Den sørger for at maten blir stekt eller kokt, at boligen er varm, at klærne blir vasket, og at vi kan ta med oss nettbrettet hvor vi vil, snakke i mobiltelefonen, kjøre elbil osv.

til

Dersom det skal gå strøm i en elektrisk krets, må kretsen være sluttet, det vil si at det er forbindelse tilbake til strømkilden. Når vi «slår på» lysbryteren, tennes lyset. Vi har da en sluttet krets der elektronene kan strømme gjennom ledningene og lyskilden.

3 Seriekopling og parallellkopling

Ku

n

Elektriske kretser kan koples på to måter. Vi kan lage en seriekopling og en parallellkopling. I seriekoplingen flyter samme strøm gjennom alle komponentene, mens i parallellkoplingen deler strømmen seg i greinstrømmer.

5 Batterier og batteridrift

Batteriene i dag har fått større kapasitet på et mindre volum, og det er spesielt fordelaktig for brukerne. Mobiltelefonen er et eksempel på det. Det legges også stor vekt på å utvikle ­batterier som er miljøvennlige, og som kan ­resirkuleres.

6 Motorer, generatorer og transformatorer En elektrisk motor består av to deler, statoren og rotoren. Rotoren roterer, og statoren står stille. En synkronmotor går med helt jevn hastighet uansett belastning, mens i en asynkron motor varierer hastigheten med belastningen.


g er in

1 Elsikkerhet og førstehjelp

rd

MÅL

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du kjenne til farene ved elektrisitet

vu

kjenne til førstehjelp kunne utføre HLR

vite hva du skal gjøre dersom det skjer en ulykke på grunn av elektrisitet

til

Elektrisk energi er en viktig ressurs, men bruker vi den feil, kan den være en trussel for mennesker, dyr og eiendom. Når vi arbeider med strøm, må vi alltid «tenke først og handle etterpå».

Ku

n

Nesten alle ulykker med elektrisitet skyldes uforsiktighet eller uvitenhet. Vis respekt for elektrisk strøm!


Kapittel 1  /  Elsikkerhet og førstehjelp

11

Hvert år rammes ca. 3000 yrkesaktive (Statens arbeidsmiljøinstitutt, STAMI) av strømulykker her i landet. Undersøkelser viser at personer utsatt for strømulykker kan få helseplager som psykiske ettervirkninger, muskel- og skjelettlidelser, samt nerveskader som følge av hendelsen. Forebyggende arbeid er viktig for å redusere tallet på ulykker og for å sørge for et godt arbeidsliv.

er in

På verkstedet og i alle andre rom er det viktig at ledninger og kontakter ikke er skadd/ødelagt. En skadd eller ødelagt ledning/kontakt kan med­­føre at du får elektrisk støt. Vær spesielt oppmerksom på ledninger til roterende håndmaskiner som vinkelsliper og boremaskin.

g

Strømulykker

til

vu

rd

En barnesikker stikkontakt skal hindre barn i å stikke noe inn i den slik at de får elektrisk støt.

En skadd ledning kan føre til brann.

Ulykker ved lavspenning (<1000 V)

Ku

n

Elektriske skader skiller seg fra brannskader ved at de kan føre til andre skader i tillegg til brannsårene, og at den skadde må frigjøres fra en strømkilde. Strømgjennomgang, det vil si strøm som er ledet gjennom en persons kropp, for eksempel fra hånd til hånd eller hånd til fot, kan gi indre skader. Det skyldes at strømmen utvikler varme inne i vevet, og varmen skader muskler og nerver. Huden over det skadde vevet kan se normal ut, og det er derfor lett å undervurdere skadene. Det kan også oppstå rytmeforstyrrelser i hjertet eller hjertestans. Personen kan i tillegg få kramper eller miste bevisstheten.

lavspenning: lavspent veksel­ strøm under 1000 V

strømgjennomgang: strøm som ledes gjennom kroppen, for eks­empel fra hånd til hånd


12

DEL 1 /

Hva skal du gjøre ved strømulykker? • Slå av hovedbryteren eller ta ut hoved­sikringen. Dra personen bort etter klærne dersom du ikke får slått av strømmen.

• Start HLR på pasienter som er bevisstløse og ikke puster normalt.

er in

• Ring medisinsk nødtelefon 1-1-3.

g

• Frigjør personen fra strømkilden. Bruk en gjenstand som ikke leder strøm, for eks­empel trevirke eller klær. Vær særlig varsom i fuktige omgivelser.

Sikkerhetsbryter.

• Pasienter som har hatt strømgjennomgang, skal til lege for EKG og undersøkelser.

vu

rd

Trykk på nødstoppen dersom den fins.

til

Dra ut støpselet dersom det er raskest.

Vær klar over at strøm mellom to fingrer på samme hånd ikke regnes som strømgjennomgang.

n

Ved strømgjennomgang: Kontakt alltid lege!

Ku

HLR: hjerte-lunge-redning

EKG: registrering av hjertets elektriske aktivitet

ON

OFF Slå av strømbryteren.


Kapittel 1  /  Elsikkerhet og førstehjelp

13

Med høyspenning mener vi spenning som er høyere enn vanlig husholdningsstrøm. Slik spenning finner vi for eksempel i lynnedslag, i tilførselsledninger til transformatorer, strømforsyning til trikk, T-bane og tog og høyspentledninger. Husk at det også kan finnes høyspenning inne i store bygg. Høyspenning skal være merket med spesielle skilt.

er in

Høyspent elektrisitet kan slå over, uten direkte berøring, på flere meters avstand. Du må sikre at strømmen blir slått av, før du frigjør en person fra strømkilden. Fagpersonell på stedet må bekrefte at dette er gjort.

g

Skader ved høyspenning (>1000 V)

Medisinsk nødtelefon 1-1-3 kan varsle rett instans for å få strømmen stengt av.

rd

Hjertestans kan oppstå akutt, men også etter flere timer. Pasienter som er utsatt for strøm, kan bli bevisstløse fordi strømmen påvirker hjernen. Ved høyspenningsskader kan det oppstå omfattende muskel-, nyre- og nerveskader. En person som har fått strøm gjennom kroppen, skal derfor alltid til lege umiddelbart.

Faresignaler

vu

Dersom en person er utsatt for strømulykke, og du ser et skilt om fare for høyspenning, skal du ikke nærme deg den skadde før fagpersonell har skrudd av strømmen.

Pasienter skal umiddelbart vurderes av helsepersonell, og overvåkes dersom de har

til

• vært utsatt for høyspenning • vært utsatt for lynnedslag

• vært utsatt for 230 V strøm gjennom kroppen • vært bevisstløs eller omtåket rett etter ulykken

n

• vært utsatt for strømskader med forbrenning av hud

Ku

• tegn på nerveskader, for eksempel lammelser

Har pasienten symptomer som redusert bevissthet, nerveskader eller brannskader etter strømgjennomgang, ring 1-1-3.

Strømmen transporteres i kraft­ ledninger med veldig høy spenning, opptil 420 000 volt. Høy spenning gir mindre tap av energi.

høyspenning: spenning høyere enn 1000 V


14

DEL 1 /

Førstehjelp

Når personen er ved bevissthet

g

Dersom du blir involvert i en ulykke på grunn av elektrisitet, må du reagere fort. Når strømmen er koplet fra, må du undersøke om den skadde puster.

er in

Er personen våken og bevisst, kan han selv fortelle hva som har skjedd, og om sin egen tilstand. Du må likevel vurdere personen. • Se på, snakk med og ta på vedkommende: • Er pusten normal, rask eller tung?

• Er hudfargen normal, blek, rødlig eller blålig? • Hvordan er kroppsholdningen?

• Ser du noen feilstillinger på personens armer eller bein? • Har personen synlige ytre skader?

rd

• Ser du blod eller oppkast, eller er klærne gjennomtrukket av blod? Advarsel! Fare for elektrisk støt.

Når personen er bevisstløs

vu

Hvis personen ikke reagerer når du snakker til ham og rister ham forsiktig i skuldrene, er han bevisstløs.

til

Når personen er bevisstløs, må du sørge for fri luftvei. Bevisstløshet er i seg selv en farlig tilstand. Den umiddelbare faren er kvelning fordi tungen kan blokkere luftveien. Oppkast eller blod kan også hindre luften i å passere. Når du har gitt personen fri luftvei og han puster normalt, legger du personen i sideleie og ringer 1-1-3.

Ku

n

Sideleie betyr at personen ligger støtt på den ene siden. Da ruller han ikke over på ryggen igjen. Når en person ligger i sideleie, kommer ikke blod, spytt og oppkast ned i lungene.

Når pasienten puster normalt, legger du han i sideleie og ringer 1-1-3.


Kapittel 1  /  Elsikkerhet og førstehjelp

15

Hjerte-lunge-redning (HLR) Slik går du fram

g

• Fjern synlige fremmed­ legemer (oppkast, blod). Fjern tannproteser.

• Sørg for fri luftvei ved å bøye hodet bakover og trekke kjeven frem i et slags underbitt. Nakkeskader er sekundært ved bevisstløshet eller livløshet.

er in

Når hjertet stanser, begynner personen å dø. I en tidlig fase kan vi snu denne prosessen ved hjelp av HLR og strømstøt fra en hjertestarter. Straks du forstår at en person er bevisstløs og ikke puster normalt, må du ringe 1-1-3 for hjelp og starte HLR. Ved god HLR forsynes hjernen og andre viktige organer med oksygen­ rikt blod. Du bør laste ned Hjelp 1-1-3-appen. Den vil fortelle nødsentralen hvor du befinner deg, og vise deg hvor du kan finne nærmeste hjertestarter.

rd

2 Lytt etter pust.

til

vu

1 Sørg for fri luftvei ved å holde underkjeven fram. Tunga blir presset fri fra bakre svelgvegg, og luftveien åpner seg.

Ku

n

3 Trykk rett ned med strake armer – 30 sammen­pres­singer.

• Hold luftveien åpen mens du lytter etter pust i 10 sekunder. Legg øret ditt ned mot personens munn. Se etter pustebevegelse på bryst og mage. Kontroller i ett minutt om pusten er jevn og normal.

4 Blås langsomt inn i personen til brystkassa hever seg – to inn­ blåsinger.

• Når personen puster: Hvis personen puster jevnt og normalt, legger du han i side­leie. Overvåk pusten hele tiden. • Hvis personen ikke puster, eller puster unormalt, sakte eller gispende, må du gå i gang med hjerte-lunge-redning.


DEL 1 /

Brystkompresjoner

Slik gir du brystkompresjoner

er in

• Sett deg på kne tett inntil personens bryst.

g

Når du gir brystkompresjoner, presser du hjertet sammen. Du får da hjertet til å pumpe blod selv om det er skadd. Dermed får hjernen og hjertet nok oksygen og næringsstoffer. Det er livsviktig.

• Plasser den ene hånden med håndroten midt på brystet. Legg den andre hånda di oppå den første. Hold skuldrene rett over hendene og armene strake. Løft fingrene. Da trykker de ikke på brystveggen til personen.

rd

• Trykk brystbeinet fem–seks cm ned med strake armer. Trykket inne i brysthulen presser nå blodet ut i kroppen. Slipp trykket, men ta ikke bort hendene dine.

• Trykk og slipp med jevne bevegelser. Bruk like lang tid på å trykke ned som på å slippe opp.

vu

• Utfør 30 brystkompresjoner med en takt på 100 i minuttet. (Det tar til sammen 18 sekunder.) Tell høyt. Unngå pauser.

n

til

• Dersom det er en hjertestarter i nærheten, bør du eller en annen hente den. Hjertestarteren vil fortelle deg hva du skal gjøre.

Ku

16

Hvis dere er to, så bytt hvert tredje minutt. Det viser seg at kvaliteten på brystkompresjonene reduseres over tid.


Kapittel 1  /  Elsikkerhet og førstehjelp

Hvis hjertestansen ikke skyldes kvelning, er bryst­kompresjonene alene de første minuttene det viktigste, fordi personen ofte har godt med oksygen i blodet. Dersom du ikke kan eller vil gi kombi­na­sjonen bryst­ kompresjoner og innblåsinger 30 : 2, kan du utføre kompresjoner kontinuerlig med en frekvens på 100–120 per minutt til hjelpen kommer.

• Sørg for fri luftvei. Ellers får du ikke blåst luft inn i lungene. • Klem sammen nese­borene. I motsatt fall går lufta ut av nesa.

• Gap høyt og plasser lep­ pene dine rundt mun­­nen til personen. Da går lufta ned i lungene og ikke ut i lufta igjen.

er in

Innblåsinger

Slik gjør du innblåsninger

g

Brystkompresjoner alene

Når du har utført 30 kompresjoner, skal du blåse luft inn i personen to ganger. Innblåsinger munn-til-munn skal sørge for at lufta i lungene blir skiftet ut. Du puster for personen.

rd

Hvis du blåser for fort eller for mye luft inn i per­sonen, kan lufta komme ned i magesekken. Personen kan da gulpe opp mage­innholdet i munnen. Om du blåser innholdet ned i lungene igjen, kan personen bli kvalt. Snu straks personens hode over på siden og rengjør munnen uten å bruke for mye tid. Fortsett deretter behandlingen.

vu

Det er tungt å utføre HLR. Derfor bør dere bytte på hvis det er to eller flere personer til stede. Den som ikke gjør brystkompresjoner, kan holde kontakten med nødtelefonen og ta imot ambulansen. Husk at det er de første minuttene som teller.

til

Repetisjon

• Blås luft langsomt inn i personen til brystkassa hever seg. Hver inn­blåsing skal vare i ett sekund (litt langsommere enn du selv puster inn). • Ta bort munnen din så snart brystet hever seg. Hør at lufta strøm­mer ut igjen.

Oppgaver

1 Hva er forskjellen mellom lavspenning og høyspenning?

1 Nevn noen forholdsregler du må ta når du arbeider med strøm.

2 Hva mener vi med husholdningsstrøm?

2 Å gi hjerte-lunge-redning (HLR) kan holde en person kunstig i live i mange minutter. Forklar en medelev hvordan du går fram: «Når vi gir HLR, begynner vi med 30 brystkompresjoner. Deretter …»

n

3 Forklar ordet strømgjennomgang. 4 Hva er det aller første du må gjøre dersom en person har fått strøm gjennom seg?

Ku

17

5 Hvilket nummer har medisinsk nødtelefon?

6 Hvordan vurderer du en skadd person som er ved bevissthet? 7 Hva gjør du først dersom en skadd person er bevisstløs?

3 Hvordan kan du bidra til å minske faren for at noen får strømskader? 4 Elektrisk strøm er usynlig og lydløs. Hva bør du gjøre hvis du er i tvil om det er strøm i en ledning som f.eks. er skadd?


g rd

MÅL

er in

2 Elektrisitet

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du vite hvordan elektrisitet oppfører seg

vu

kunne beregne de vanligste elektriske størrelsene kunne måle elektriske størrelser

kjenne til forskjellen på vekselspenning og likespenning kunne stille inn et multimeter for måling av vekselspenning og likespenning kjenne til materialet i en leder

til

kunne beregne resistansen i en ledning for deretter å regne ut arealet

Ku

n

Elektrisitet var lenge et fenomen menneskene ikke klarte å bruke til noe nyttig. Først da man skjønte sammenhengen mellom elektrisitet og magnetisme, kunne det brukes til praktiske formål. Vannkraften kunne nå utnyttes til å drive turbiner som skapte elektrisitet. I årene etter 1900 ble flere og flere fossefall bygd ut, og Norge ble en energi- og industrinasjon. I dag forskes det mye på hvordan vi kan skaffe oss mer elektrisitet ved hjelp av natur­ prosesser som tidevann, bioenergi, solenergi, vindkraft m.m.


Kapittel 2  /  Elektrisitet

19

Strøm

Noen moderne gressklippere blir drevet av elektrisitet.

Lyn er et eksempel på en elektrisk utladning.

vu

I batteriet er det kontaktelektrisitet som sørger for energien.

rd

ELEKTRISITET

er in

Vannkraft er den vanligste energikilden i Norge.

g

Vi kan ikke se strøm og spenning, og blir først oppmerksomme på farene når vi kjenner et elektrisk støt. Derfor er det viktig at vi lærer oss hvordan vi skal omgås elektrisitet på en trygg måte. Du bør også alltid kontrollmåle spenningene før du begynner å arbeide på et elektrisk anlegg.

til

Bohrs atommodell

Elektron

– Nøytron

+ + + +

Ku

n

Hva er så elektrisitet? Italieneren Alessandro Volta konstruerte et batteri – et galvanisk element – i 1800, men først etter at Niels Bohr laget sin atommodell i begynnelsen av 1900-tallet, forsto man hva elektrisitet er. Alle stoffer er satt sammen av atomer. Atomet har en kjerne, og rundt den kretser det elektroner. Kjernen består av positivt ladde protoner og «bindemiddel», nøytroner, mens elektronene er negativt ladd.

Proton

Bohrs atommodell. Et atom består av en kjerne og negativt ladde elektroner som kretser rundt den. Kjernen består av positivt ladde protoner og ikke-ladde nøytroner.


20

DEL 1 /

Produksjon av strøm REFLEKSJON Hvor i samfunnet brukes det mye strøm i dag – og til hva?

g

Vi bor i et land med høye fjell og lang kystlinje. Det regner jevnt mye over store områder, og denne nedbøren lagrer vi i store magasiner på fjellet. Ved behov slippes vannet nedover i rørgater og setter turbiner i rotasjon. Turbinene er koplet til generatorer som lager elektrisk strøm og spen­ ning. Omtrent 80 % av den strømmen vi bruker i Norge, blir laget ved hjelp av vannkraft.

turbinmotor: en luftmotor med et skovlhjul (turbin). generator: produserer strøm, for eksempel i et vannenergiverk

rd

Elektrisk strøm

er in

Alternative energikilder, for eksempel vindmøller, er også bygd både i fjellheimen og til havs. Vindmøller og vindkraft har lenge vært et omstridt tema i norsk energipolitikk. Motstanderne trekker fram at vindmøllene er skjemmende å se på, at de er farlige for dyreliv, og at de kan lage sjenerende støy dersom de plasseres nær bebyggelse. Til­ hengerne trekker fram at de er en effektiv kilde til fornybar energi, og at samfunnet kan tjene mye penger på krafteksport.

likestrøm: elektrisk strøm som hele tiden går i samme retning

vu

Elektrisk strøm er transport av elektriske ladninger. Elektroner flyter fra ett punkt til et annet i en ledning av metall. Det er akkurat som vannet i en elv. I elva renner vannet nedover, fra fjellene ned mot dalbunnen. På samme måte flyter elektronene fra et punkt med høy spenning til et punkt med lavere spenning.

til

vekselstrøm: elektrisk strøm som hele tiden skifter retning

Vi måler størrelsen på strømmen i ampere (A). Til å måle den bruker vi et amperemeter. Ampere betegnes med bokstaven A. Vi har to typer elektrisk strøm: likestrøm og vekselstrøm. En elektrisk strøm som hele tiden går i samme retning, kalles likestrøm. En elektrisk strøm som hele tiden skifter retning, kalles vekselstrøm.

n

Ku

REFLEKSJON 80 % av strømmen i Norge produseres av vannkraft. Hvordan produseres de resterende 20 %?

1 periode

0 +

Tid Vekselstrøm

Vekselstrøm.

0 Likestrøm

+

Likestrøm.

Tid


Kapittel 2  /  Elektrisitet

Elektrisk spenning er den kraften som elektronene blir skjøvet fram med. Elektrisk spenning betegner vi med bokstaven U. Spenningen indikerer energinivået i et punkt. Vi måler spenning i volt (V) og måler den med et voltmeter. Vi har både likespenning og vekselspenning. Ved vekselspenning skifter strømmen retning og størrelse periodisk.

REFLEKSJON I dag brukes mest led-pærer. Hvilken utvikling tror du vil skje på dette området?

g

Elektrisk spenning

21

likespenning: en spenning som er enten positiv eller negativ

Vekselspenningen endrer størrelse og retning periodisk. Dersom vi kop­ler vekselspenningen til en belastning (lampe), får vi en strøm i led­ning­en som også skifter størrelse og retning – en vekselstrøm.

vekselspenning: en spenning som endrer størrelse og retning

rd

er in

Likespenningen er enten positiv eller negativ (bare én av delene). Et batteri er en likespenningskilde. Fra den går en likestrøm fra plusspolen gjennom en forbruker som gjør nytte av strømmen, og tilbake til minus­ polen.

Spenning (V) Spenning (V) 10 Likespenning Likespenning

5

5

0

0

10

5

10

Vekselspenning Vekselspenning 5

vu

10

Spenning (V) Spenning (V)

0

Tid

0

Tid

–5

Tid

Tid

–5

til

Spenningskurver for likespenning og vekselspenning.

Vekselspenning og vekselstrøm

n

Vekselspenningen endrer altså størrelse og retning periodisk. Veksel­ spenningen vi bruker, er sinus­formet. Det kan vi se i et oscilloskop.

Ku

Positiv spenning

Negativ spenning

En sinusformet vekselspenning.

Tid

1 periode

Vi henter mange ord og uttrykk fra andre språk, også enkelte forkortelser. AC er en forkortelse for alternating current, som er engelsk for veksel­ strøm, og DC er forkortelse for direct current, likestrøm.

sinusformet: skifter retning og størrelse periodisk


22

DEL 1 /

Dersom vi kopler vekselspenningen til en belast­ning, får vi en strøm som også endrer størrelse og retning periodisk. Strømmen er også sinus­ formet.

indusere: produsere elektrisk strøm ved hjelp av et magnetfelt

Generering av vekselspenning

g

I Norge – og ellers i Europa – endrer vekselspenningen retning hundre ganger per sekund.

er in

En vekselstrømsgenerator brukes til å lage vekselspenning. Veksel­ strøms­generatoren er bygd opp slik: Vi trenger en spole som det skal induseres en spenning i, og en permanentmagnet (eller en elektro­ magnet). Permanentmagneten må vi få til å rotere. Det kan vi gjøre ved å bore et hull midt i magneten, spikre den opp og snurre den rundt. Strømmen som går fra kraftverkene og ut i ledningsnettet og til hjem­ mene våre, er vekselstrøm. Det samme er strømmen fra generatoren som produserer strømmen som så sendes ut på kraftlinjene. Mindre generatorer kalles ofte en dynamo, f.eks. i biler eller på sykler. Det finnes generatorer for både vekselstrøm og likestrøm.

N

N

S

S

S

S

til

S

S

S

S

n

I startøyeblikket er spenningen lik 0.

frekvens: tallet på omdreininger per sekund

Ku

N

N

N

N

N

N

N S N S

S

S

En vekselspenning blir generert.

N

N

vu

rd

vekselstrømsgenerator: produserer strøm og spenning (omdanner mekanisk energi til elektrisk energi)

Spenningen øker når magneten beveger seg mot loddrett posisjon.

Spenningen når maksimums­ verdi når magneten står loddrett.

Antall omdreininger som magneten tilbakelegger per sekund, kaller vi frekvensen. Når magneten gjør femti omdreininger per sekund, blir frekvensen 50 Hz. Gjør den 200 omdreininger per sekund, er frekvensen 200 Hz. Frekvensen er tallet på omdreininger per sekund Frekvens blir målt i hertz, Hz 1 Hz = 1 omdreining per sekund


Kapittel 2  /  Elektrisitet

23

Måling av vekselspenning

232.4

er in

Måleledningene, en rød og en svart, stikker vi ned i to hull i instru­mentet, den svarte i kontakten merket COM og den røde i kontakten merket V. Velg det høyeste området for vekselspenning (∼ eller AC) når du ikke vet hvor stor spenningen er. Så kan du etter hvert stille inn på mindre områder inntil utslaget er størst mulig.

g

Vanligvis bruker vi et multimeter når vi skal måle en vekselspenning. Et multimeter er et måleinstrument som kan måle både spenning, strøm og resistans.

Likespenning og likestrøm

U (V)

Stabil likespenning

vu

12

0

U (V)

rd

Likespenningen er enten bare positiv eller bare negativ. Selv om like­spen­ ningen skulle variere noe i størrelse, er det fremdeles en like­spenning.

Tid

Varierende likespenning

til

12

Tid

n

0

U (V)

Vekselspenning

Ku

12

0

–12

Vi bruker et multimeter når vi skal måle vekselspenning.

Tid

Likespenning og likestrøm.

multimeter: måleinstrument som kan måle både strøm, spenning og resistans


24

DEL 1 /

Fra en spenningskilde, for eksempel et batteri, kan det gå en strøm. Det går likestrøm fra en likespen­ningskilde, og denne strømmen går ut fra pluss­polen, gjennom det forbruksapparatet (eller den komponenten) som gjør seg nytte av strømmen, og tilbake til minuspolen.

Lampe U

er in

a Batteri og lampe.

Batteri

g

I

b Koplingsskjema.

vu

rd

For å kunne forstå en elektrisk kopling tegner vi et elektrisk skjema (se figuren over) som viser hvordan strømmen går. Skjemaet er en tegning av elektriske kretser, og viser hvordan de elektriske kretsene er koplet sammen. Symbolet for batteriet er en lang og en kort strek, og symbolet for spen­ningen vises med en åpen pilspiss og bokstaven U. Lampen har et rundt symbol med et kryss, og strøm­men vises med en lukket pilspiss og bokstaven I. På koplingsskjemaer tegner vi spenningen med en åpen pilspiss. På koplingsskjemaer tegner vi strømmen med lukket pilspiss.

til

Resistans

Ku

n

resistans: motstanden mot elektrisk strøm i en leder

Resistansen, eller motstanden som den også kalles, forteller oss in­ direkte hvor stor strømmen blir. Mange ganger har vi behov for å kunne regne ut resistansen i en lampe, en varmeovn eller andre elektriske apparater, og da kan vi bruke Ohms lov. Symbolet for resistans er R, og den måles i ohm (Ω). Forholdet mellom strøm og spenning er konstant, og dette forholdet kaller vi resistansen i en leder (Ohms lov). Vi måler resistansen med et ohmmeter. Med ohm­ meteret kan vi undersøke resistansen i ledninger med forskjellig lengde, tykkelse og materiale. Resistansen i en ledning avhenger altså av • tykkelsen på ledningen • lengden på ledningen • materialet ledningen er laget av


Kapittel 2  /  Elektrisitet

25

vu

rd

er in

Ohms lov forteller oss noe om sammenhengen mellom resistans, spenning og strøm. Noen ganger bruker vi materiale med stor resistans for å få mest mulig motstand, for eksempel i ovner og kokeplater. Alle elektriske komponenter har resistans. I elektriske kretser benyttes i tillegg en egen komponent som bare har til oppgave å begrense strømmen i en krets. Den komponenten kaller vi resistor.

g

Strømmen flyter lettere i en tykk ledning enn i en tynn. Den flyter lettere i en kort ledning enn i en lang. Og det er mindre motstand mot strømmen i en ledning av kopper enn i en av aluminium.

Ku

n

til

Resistorer begrenser strømmen i en elektrisk krets.

Lyskilder fra flere tidsepoker: talglys, glødelampe, sparepære og ledlampe. Ledlys trenger svært liten energi for å gi mye lys.

Glødelampen var den vanligste lys­ kilden i boliger tidligere. Den virker på samme måte som da Thomas A. Edison oppfant den i 1879.


DEL 1 /

Ohms lov Formelen for Ohms lov er

der I er strømmen i ampere (A) U er spenningen i volt (V) R er resistansen i ohm (Ω)

er in

232.4

g

I = __ ​​  U ​​  R

Ohm beviste at jo mindre resistansen er, desto større er strømmen når spenningen er konstant. Han beviste også at når vi har en konstant resistans og øker spenningen, øker også strømmen. Den resistansen som fører en strøm på 1 A når den blir koplet til en spenning på 1 V, er lik 1 Ω.

rd

Digitalt multimeter.

vu

Måleinstrumenter

Spenning og strøm er ikke synlig, derfor må vi bruke måleinstrumenter for å finne verdien på dem. Måleinstrumentet vi bruker for å bestemme størrelsen på spenning, strøm og resistans, heter multimeter (universal­ instrument). Det kan måle alle tre størrelsene.

n

til

HMS

Ku

26

EE-avfall Nesten alle elektriske og elektroniske produkter inneholder helse- og miljø­farlige stoffer som kvikk­ sølv, bromerte flammehemmere og PCB. Når disse produktene kasseres, blir de til EE-avfall. Det er derfor viktig at alt det elektriske utstyret blir samlet inn og behandlet på riktig måte. Bransjen har ansvar for å samle inn og håndtere EE-avfall. I retur­ selskapene blir EE-av­fallet sortert og sendt videre til et behandlings­anlegg for miljøsanering og material­ gjenvinning.

Symbol for innsamling av EE-avfall.


Kapittel 2  /  Elektrisitet

27

Spenningsmåling

g

12.00

er in

Når vi skal måle spenning, skal den svarte måleledningen sitte i kon­takten COM (= common, som betyr felles) eller jord. Den røde måle­ledningen skal settes i kontakten V eller V/Ω. På instrumentet er det en vender der vi kan velge om vi vil måle likespenning (V–) eller veksel­spenning (V∼). Det er enkelt å måle spenninger. Du kopler den svarte måleledningen til den negative siden og den røde til den positive siden.

rd

Spenningsmåling.

Strømmåling

12.00

vu

Å måle strøm gjøres på en annen måte enn når du måler spenning. Det kommer av at det flyter strøm i ledningen mens vi måler. For å kunne måle strømmen må du derfor bryte kretsen, kople inn et multimeter og få strømmen til å flyte gjennom dette.

til

Mange multimetere har ett uttak for måling av små strømmer (van­ligvis opptil et par hundre millia­mpere, mA) og et annet ut­tak for store strøm­mer (opptil 10 A).

Ku

n

Begynn alltid med å kople inn på uttaket for store strøm­mer. Dersom det viser seg at strømmen er så liten at du kan kople inn på det andre uttaket, gjør du det, slik at målingen blir så nøyaktig som mulig. Du velger strømtype ved å stille inn venderen på likestrøm (A–) eller vekselstrøm (A ∼).

Strømmåling.


DEL 1 /

Resistansmåling

I et multimeter er batteriet innebygd.

g

For å måle resistansen (motstanden), for eksempel i en lampe, må du ha en spenningskilde, for eksempel et batteri. Ved hjelp av batteriet får vi en strøm til å flyte gjennom lampen. Når vi kjenner batterispenningen, kan vi regne ut resistansen med Ohms lov ved å måle strømmen.

er in

Det skal ikke gå strøm i den kretsen du skal måle resistans i. I mange tilfeller kan du bli nødt til å ta komponenten ut av kretsen for å få målt riktig resistansverdi.

rd

Kortslutt målepinnene før du måler resistansen – den svarte og den røde. Displayet skal da vise 0 Ω. I dag har de fleste multimetere et ikon i displayet som indikerer om det er behov for å skifte batteri. Hvis du ikke skifter batteri da, vil instrumentet ikke vise riktig verdi.

vu

0.000

til

Før du måler resistansen, bør du kortslutte multi­

n

meteret for å teste det. Det skal da vise 0 Ω.

52.90

Ku

28

Resistansmåling av et varmeelement.


Kapittel 2  /  Elektrisitet

29

Ledere

er in

Vi er ofte interessert i å vite hvor stor motstand lederen yter mot elektrisk strøm, og vi snakker da om resistivitet. En god leder har liten resistivitet, det vil si at den gjør lite motstand mot elektrisk strøm.

resistivitet: hvor godt eller dårlig et stoff leder elektrisk strøm

g

Forskjellige metaller leder ikke strøm like godt. Ledningsevnen av­ henger av antallet frie ladningsbærere i metallet. Ledningsevnen varierer også med temperaturen. Vanligvis blir den målt ved 20 °C.

Vi definerer resistiviteten til et materiale som resistansen i en 1 m lang leder som har tverrsnittet 1 mm2. Symbolet for resistivitet er ρ (rho), og målenheten er Ω mm2/m.

rd

Flere typer metaller har liten resistans. Vi bruker derfor ofte kobber til å lage ledninger som skal lede strøm. Utenpå metallet er det vanligvis et plastbelegg. Det hindrer at ledningene kommer i kontakt med hverandre og skaper kortslutning.

vu

Kobber, aluminium og sølv er de vanligste ledningsmaterialene. Resi­ stansen i en 1 m lang kobberledning med tverrsnittet 1 mm2 er 0,0175 Ω. For aluminium er den 0,030 Ω og for sølv 0,016 Ω.

Vi ser at sølv har litt mindre resistans enn kobber. Det betyr at sølv leder strøm litt bedre enn kobber, som på sin side er en dobbelt så god leder som aluminium.

til

Hvordan endrer resistansen seg dersom lederen er ti ganger så lang? Jo, resistansen endrer seg proporsjonalt med (i samme forhold som) lengden på ledningen. I en ti meter lang leder blir resistansen derfor 0,0175 · 10 = 0,175 Ω.

Ku

n

Hvordan går det dersom vi øker tverrsnittet? Jo, resistansen endrer seg omvendt proporsjonalt med (i omvendt forhold til) tverrsnittet. Når tverrsnittet øker, blir det plass til flere ladningsbærere, og dermed mindre motstand.

1m

Kobber 0,0175 W

Aluminium 0,030 W

Sølv 0,016 W

Gull 0,023 W

Resistansen i forskjellige ledere.


30

DEL 1 /

Formelen for resistansen R i en leder blir da: R = ​ρ · __ ​  l  ​​  A der

er in

g

​ (rho) er resistiviteten ρ l er lengden på lederen i meter A er tverrsnittet i kvadratmillimeter

En tynn Enleder tynn leder har større har større resistans resistans enn en enn tykk en tykk

rd

En lang Enleder lang leder har større har større resistans resistans enn en enn kort en kort

vu

EKSEMPEL

Hvor stor resistans er det i en 25 meter lang kobberleder med tverrsnitt 1,5 mm2? Vi kan bruke formelen for resistans:

R = ​ρ · __ ​  l  ​​ = ​0,0175 · _________ ​​​  25 ​​   = 0,2917 Ω 1,5 A

til

Strømkabel for flyttbare apparater som ovner, kjøkkenmaskin og drill.

EKSEMPEL

Ku

n

Hva er det minste tverrsnittet vi kan ha på en 15 meter lang kobberleder når resistansen ikke må være mer enn 0,05 Ω?

Innendørskabel for overføring av TV, telefon, data og bredbånd.

Vi kan igjen bruke formelen for resistans, men snur om på den slik: ​ l  ​​ = ​0,0175 · _________ ​​​  15  ​​ = 5,25 mm2 A = ​ρ · __ R 0,05 Vi må velge en standard størrelse som er større enn tverrsnittet vi har beregnet, dvs. 6 mm2. Det blir laget kabler og ledninger for alle behov. Noen skal føre liten strøm og andre stor strøm.


Kapittel 2  /  Elektrisitet

31

Oppsummering

Resistansen har symbolet R, og målenheten er ohm (Ω).

Med Ohms lov kan vi beregne strømmen når vi kjenner spenningen og resistansen, I = U/R.

Vekselspenning måles i volt (V) og oppgis U.

Husk å stille multimeteret på V og AC (eller ∼) når du skal måle en vekselspenning.

Med et riktig innstilt multimeter kan vi måle spenning, strøm og resistans.

Spenningen har symbolet U, og målenheten er volt (V).

Strømmen har symbolet I, og målenheten er ampere (A).

1 Hva består et atom av?

Kobber og aluminium brukes til ledere i kabler og ledninger. Aluminium er bare for tykke kabler, større enn 16 mm2.

Resistansen i en leder, R, kan beregnes når vi kjenner metallets resistivitet, ρ, lengden, l, og tverrsnittet, A.

Oppgaver

vu

Repetisjon

er in

Likespenningen skifter ikke – den er enten positiv eller negativ.

rd

g

Vekselspenningen er sinusformet og veksler polaritet hundre ganger per sekund. Sammenhengen mellom frekvens, f, og periodetid, T, blir: f = 1 s / T

2 Hvilken ladning har elektroner?

3 Hva er strøm, spenning og resistans?

4 Hvilke måter kan vi produsere strøm på?

til

5 Forklar hva frekvens er.

6 Hva er målenheten for frekvens?

n

7 Forklar hva vi mener med at strøm og spenning kan transformeres.

1 Hva kan strømmen brukes til? Gi eksempler, og forklar hvilken praktisk nytte vi har av strøm. 2 Hvor stor resistans er det i en panelovn med U = 230 V og I = 5 A? 3 Regn ut strømmen i en brødrister med U = 230 V og R = 150 Ω. 4 Hvor stor spenning er det i en lampe på en bil når R = 500 Ω og I = 0,02 A? 5 Hvilken resistivitet har kobber? 6 Hvor stor resistans er det i en 25 meter lang kobberledning som har et tverrsnitt på 1 mm2?

9 Lag en tabell og sett inn symbol og målenhet for strøm, spenning og resistans.

7 Hvor stor resistans er det i en 15 meter lang toleder­ kabel av kobber som har et tverrsnitt på 1,5 mm2?

Ku

8 Hva er forkortelsen for vekselstrøm og for likestrøm?

10 Hvordan kan du være med på å ­redu­ sere miljøfarene ved el-avfall?

8 Hvilke andre måter kan vi produsere strøm på, og hvilke konsekvenser kan produksjonen ha for miljøet? 9 Hvilke maskiner og utstyr på verkstedet drives av strøm?


g er in

rd

3 Seriekopling og parallell­ kopling MÅL

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du

vu

kunne beregne strømmen og spenningen i en serie- og parallellkopling av resistanser ved hjelp av Kirchhoffs lover kunne beregne erstatningsresistans

n

til

Elektriske belastninger kan være lamper, varmeelementer, motorer og alt annet som trekker strøm. En belastning kan koples direkte til spenningskilden, eller den kan koples i serie med andre belastninger. Det mest vanlige er nok at en belastning koples i parallell med andre belastninger.

Ku

Når flere belastninger koples i serie, er strømmen gjennom dem like stor. Når belastninger koples i parallell, er spenningen over dem like stor.


Kapittel 3  /  Seriekopling og parallellkopling

33

Kopling av elektriske belastninger

er in

En elektrisk krets kan være åpen, lukket eller kortsluttet. I en lukket krets kan det flyte strøm. I en åpen krets kan det ikke flyte strøm. I en kortsluttet krets kan det flyte svært store strømmer.

elektrisk krets: består av en spenningskilde og en eller flere komponenter

g

En elektrisk krets består av en spenningskilde og en eller flere kompo­ nenter som er koplet sammen, slik at det kan gå strøm. Spenningskilden kan for eksempel være et batteri.

Elektriske kretser kan koples på to måter. Vi kan lage en seriekopling eller en parallellkopling. I en seriekopling er komponentene koplet etter hverandre slik at samme strøm flyter gjennom alle komponentene. Den deler seg ikke i ulike strømveier noe sted i kretsen. I parallellkopling deler derimot strømmen seg.

rd

Seriekopling

Ku

n

til

vu

Batterier er ofte seriekoplet, for eksempel i en lommelykt. Alarmer, røykvarslere og juletrebelysningen er også seriekoplet. Juletre­ belysningen besto tidligere av flere glødelamper koplet i serie. Det vil si at den sam­me strømmen flyter gjennom alle glødelampene.

Seriekoplet alarm / røykvarsler i flere rom og etasjer i en bolig bør alle ha. De sørger for å vekke deg i tide.

Høyttalere som er seriekoplet.


DEL 1 /

Ulempen med juletrebelysningen er at dersom én av lampene går i styk­ker, kan hele kretsen bli brutt, og alle lampene slokner. For å unngå dette blir det lagt inn en liten kortslutning i lampene. Den leder strøm­ men dersom glødetråden i en lampe ryker.

er in

g

Det er viktig å huske at i en seriekopling flyter den samme strømmen gjennom alle komponentene. Dette utnytter vi ved å sette inn en resistor med stor resistans i kretsen, og dermed begrenser vi strømmen til komponenter som ikke tåler stor strøm. En stor resistans gjør at strømmen blir liten. Fordi strømmen gjennom alle komponentene i seriekretsen er den samme, blir strømmen gjen­ nom de mest ømfintlige komponentene også liten.

Kirchhoffs lover

rd

Vi skal først se på et eksempel: De tre resistorene R1, R2 og R3 er serie­ koplet til en spenningskilde på 9,2 V. Vi kan sammenlikne situasjonen med et kunstig fossefall der en pumpe stadig pumper vannet rundt.

n

til

vu

Summen av spenningsfallene i en seriekrets = den tilførte spenningen U = UR1 + UR2 + UR3

Ku

34

Spenningskilden svarer til pumpa, og de ulike resistorene svarer til vannfallene. Den enkelte resistor svarer til hvert enkelt vannfall.

I

UR1

R1

UR2

R2

UR3

R3

U


Kapittel 3  /  Seriekopling og parallellkopling

35

EKSEMPEL

Tre resistorer R1, R2 og R3 er seriekoplet til en spenningskilde på 9,2 V. Spenningsfallet over R1 er 3,0 V, over R2 er den 2,9 V, og over R3 er den 3,3 V.

g

Til sammen blir det:

er in

3,0 V + 2,9 V + 3,3 V = 9,2 V Vi sammenlikner med høydene i vannfallet. Det nederste vannfallet er 3 meter, det andre er 2,9 meter, og det øverste er 3,3 meter. Total høyde blir: 3 m + 2,9 m + 3,3 m = 9,2 m

rd

Kirchhoffs lov for seriekoplinger

Summen av spenningsfallene i en seriekrets er lik den tilførte spenningen.

vu

Overfører vi dette til fossefallet, får vi at summen av høydene på delfallene er lik den totale fallhøyden. Men fallhøyden er også lik pumpehøyden, slik at vi kan si at pumpehøyden er lik summen av høydene på delfallene. I elektrisitetslæra skriver vi: Utot = U

Utot er det totale spenningsfallet i resistorene, og det er lik summen av alle delspenningene (spenningsfallene) i en seriekrets. U er den tilførte spenningen, og vi kan derfor skrive:

n

til

I

U = UR1 + UR2 + UR3

UR1

U = Utot

Ku

I forrige eksempel brukte vi tre resistorer, men loven gjelder uansett hvor mange resistorer vi seriekopler.

UR2

UR3

Skjema for seriekopling.


DEL 1 /

EKSEMPEL

Beregn den totale spenningen i koplingen ved først å beregne spenningen over hver av resistorene.

U1

er in

På samme måte: U2 = 7 · 2 = 14 V U3 = 6 · 2 = 12 V

I=2A

g

5W

Spenningen U1 over 5 Ω-resistoren: U1 = 5 · 2 = 10 V

U

7W

U3

Svar: U = 36 V

6W

rd

Den totale spenningen: U = 10 V + 14 V + 12 V = 36 V

U2

Parallellkopling

vu

I en parallellkopling oppfører strøm og spenning seg motsatt av en serie­kopling. Der er spenningsfallet det samme over alle kompo­ nentene, mens strømmen gjennom dem kan variere, avhengig av resist­ansene.

Strømmen ved parallellkopling

n

til

Vi sammenlikner igjen med et kunstig fossefall. Vi plasserer en stein i fossen slik at vannstrømmen deler seg. Den totale vannmengden er like stor etter steinen som foran steinen. Summen av vannmengdene i de to greinene er altså like stor som den totale vannmengden.

Ku

36

Kaller vi vannstrømmen foran steinen for I og de to greinstrømmene I1 og I2, får vi: I = I1 + I2 Det samme skjer i en parallellkopling. Strømmen som spenningskilden leverer, deler seg foran resistorene, og forener seg igjen etter resistor­ ene og flyter til minuspolen på spenningskilden.


Kapittel 3  /  Seriekopling og parallellkopling

37

I

g

I

U

I1 I2

U1

R1

R2

U2

vu

rd

I

Summen av delstrømmene er lik hovedstrømmen.

I2

er in

I1

Kirchhoffs lov for parallellkoplinger

til

Vi kaller den felles strømmen hovedstrøm, og strømmen gjennom resistorene (belastningene) greinstrømmer. Dette leder oss til Kirchhoffs lov for parallellkoplinger. Den sier: Summen av greinstrømmene i en parallell­kopling er lik hoved­ strømmen.

n

I = I1 + I2

Ku

der I er hovedstrømmen.

Denne loven gjelder uavhengig av hvor mange komponenter eller belastninger vi parallellkopler.

Feil bruk av skjøteledninger er brannfarlig!


DEL 1 /

Gjennom hver belastning i en parallellkopling går det en strøm som vi kan beregne med Ohms lov: U ​​  I = ​​ __ R

g

der U er den tilførte spenningen, og R er resistansen i belastningen.

EKSEMPEL

er in

Det betyr også at dersom du kjenner I og U, kan du beregne R.

I kretsen på figuren er U = 12 V, R1 = 6 Ω og R2 = 3 Ω. Finn I, I1 og I2. I

U

U

R1

6

U

R2

3

vu

U

I2

rd

I1

​​  U  ​​  =___ ​​ 12 ​​ = 2 A I1 = __ R1 6

til

I2 = __ ​​  U  ​​  =___ ​​ 12 ​​ = 4 A R2 3

I = I1+ I2 = 2 A + 4 A = 6 A

n

Svar: Strømmene er 2 A, 4 A og 6 A.

Ku

38


Kapittel 3  /  Seriekopling og parallellkopling

39

Erstatningsresistans

EKSEMPEL

er in

Vi har parallellkoplet to resistorer R1 = 18 Ω og R2 = 36 Ω. Hvor stor blir erstatningsresistansen, det vil si en resistans som kan erstatte de to resistansene R1 og R2 i kretsen? Her kjenner vi verken spenningen U eller strømmen I, men vi kan finne dem. I

R1

U 18

R2 36

vu

U

rd

I2

I1

til

Viktig! For å kunne finne I må vi kjenne U, men U (spenningen) påvirker ikke størrelsen på resistansene. Vi kan derfor selv velge størrelsen på spenningen, og vi velger da en verdi som gjør utregningen enklest mulig. Det er nesten alltid mest hensiktsmessig å velge en spenning som har samme tallverdi som den største resistoren. I dette tilfellet velger vi U = 36 V.

n

Et tips: Du får bedre oversikt dersom du tegner et skjema.

Ku

​​  U  ​​  = ___ ​​ 36 ​​ = 2 A I1 = __ R1 18

I2 = __ ​​  U  ​​  = ___ ​​ 36 ​​ = 1 A R2 36 Svar: Re = 12 Ω

g

Noen ganger vil vi erstatte alle resistorene i en parallellkopling med én resistor som belaster spenningskilden like mye som de parallellkoplede resistorene til sammen. Det betyr at hovedstrømmen skal være like stor.

I = I1 + I2= 2 A + 1 A = 3 A 36V ​​   ​​ U ​​ =​​  ____   Re = __ = 12 Ω I 3A


DEL 1 /

Du kan alltid bruke denne metoden når du skal regne ut erstatnings­ resistansen Re. Men vi kan også regne den ut uten å blande inn verdiene for U og I.

g

Hvis vi har bare to parallellkoplede resistorer, kan vi forenkle ut­ regningen. Utgangspunktet for forenklingen er:

er in

__ ​​  1  = __ ​​  1  + __ ​​  1   Re ​​ R1 ​​ R2 ​​

Den minste fellesnevneren til høyre for likhetstegnet er R1 · R2. Vi kan derfor skrive likningen slik: R1 + R2 __ ​​   ​​   ​​  1  ​​ = ______ Re R1 · R2

rd

Vi snur om på uttrykket og får R1 · R2 ​​   ​​     Re = ______ R1 + R2

vu

Vær oppmerksom på at denne formelen bare gjelder for to parallell­ koplede resistorer. Hvis du synes at framgangsmåten over er vanskelig å forstå, kan du alltid gå tilbake til framgangsmåten i eksemplet på side 37 og velge en passende verdi for U.

n

til

Når alle de parallellkoplede resistorene er like store, kan du finne erstatningsresistansen ved bare å dele verdien av én resistans på antallet, n. Altså:

Ku

40

R1 Rerstatning = __ ​​  n ​​

Koplingsbrett til radiostyrt bil med diverse elektriske komponenter som resistorer, transistorer, kondensator og ledninger.


Kapittel 3  /  Seriekopling og parallellkopling

41

I en seriekrets er strømmen like stor uansett hvor du måler.

I en seriekrets er spenningen over enkeltkomponenter avhengig av resistansen i komponenten: U1 = I · R1

I en seriekrets beregner vi total spenning ved å summere alle enkeltspenningene: Utot = U1 + U2 + U3 + … + Un

Total resistans i en seriekrets beregner vi ved å summere alle enkeltresistanser: Rtot = R1 + R2 + R3 + … + Rn

I en parallellkrets er spenningen like stor uansett hvor du måler.

Strømmen gjennom enkeltkomponenter i en parallellkrets er avhengig av resistansen i komponenten: I1 = U/R1

Hovedstrømmen i en parallellkrets beregner vi ved å summere alle enkeltstrømmene: I = I1 + I2 + I3 + … + In

For å finne erstatningsresistansen i en parallellkrets må vi bruke en spesiell formel: 1/Re = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + … + 1/Rn

vu

rd

er in

g

Oppsummering

til

Repetisjon

1 Hvor stor resistans har en seriekopling av tre resistorer, R1 = 30 Ω, R2 = 45 Ω og R3 = 60 Ω?

n

2 Hvor stor strøm går det i seriekretsen fra oppgave 1 når den blir koplet til en spenning på 27 V?

Ku

3 Hvor stor blir spenningen over R2 (se oppgave 1) når seriekoplingen koples til 27 V?

4 En parallellkopling består av tre resistorer, R1 = 30 Ω, R2 = 45 Ω og R3 = 60 Ω, koplet til 90 V. Hvor stor må erstatningsresistansen være? 5 Hvor stor er hovedstrømmen i parallellkoplingen fra oppgave 4?

6 Hvor stor strøm går det i R3? (Se oppgave 4.) 7 Hvor blir seriekoplinger mye brukt? 8 Hva er en spenningskilde? 9 Hva sier Kirchhoffs lov for seriekopling? 10 Hva står Re for? 11 Skriv formelen for erstatningsresistansen (totalresistansen) i en seriekopling. 12 Hva menes med erstatningsresistansen i en parallellkopling?


DEL 1 /

Oppgaver 1 Tegn et skjema av en seriekrets med et batteri og 8 lamper. 2 Tegn et skjema av en seriekrets med en spenningskilde og 3 resistorer.

g

3 Forklar dette uttrykket til en seriekrets: U = UR1 + UR2 + UR3.

5

er in

4 Hva blir den totale resistansen i en seriekopling med tre like resistorer på 250 Ω?

UR1= 40 V

U = Utot

rd

UR2

vu

a To resistorer er koplet i serie til en spenning på 110 V. Over R1 måler vi en spenning U1 = 40 V. Hva blir spenningen over R2?

b Hvor stor strøm går det i kretsen når R1 = 80 Ω? c Hva blir størrelsen på R2? d Regn ut den totale resistansen i kretsen.

til

6 Tre resistorer på 5 Ω, 10 Ω og 15 Ω er koplet i serie til en spennings­ kilde på 230 V. a Tegn et skjema over koplingen. b Regn ut den totale resistansen. c Regn ut strømmen i kretsen.

n

d Hvor stor er den totale spenningen?

Ku

42

7 Et juletre har flere seriekoplede lamper og en nettspenning på 230 V. a Hvor mange lamper er koplet i serie når spenningen over hver lampe er 11,5 V? b Hvor stor strøm går det i kretsen når resistansen i hver lampe er på 50 Ω?


Kapittel 3  /  Seriekopling og parallellkopling

43

d Andre juletrelys er laget slik at de resterende lampene lyser selv om en lampe slokner. Hvordan kan dette gjøres?

9 Vi har en parallellkrets med R1 = 100 Ω og R2 = 50 Ω. a Tegn kretsen. b Hvor stor blir erstatningsresistansen i kretsen? c Hvor stor blir hovedstrømmen i kretsen?

rd

d Hvor stor er greinstrømmen gjennom R1?

er in

8 Et apparat er beregnet på spenningen 110 V og tar en strøm på 5 A. Dersom vi kopler en resistor (motstand) i serie til apparatet, kan det stilles på 230 V. Hvor stor resistans må resistoren ha for at apparatet skal tilføres riktig spenning?

e Hvor stor er greinstrømmen gjennom R2?

vu

10 I en bilmodell er hovedlys, baklys og nummerskiltlys innkoplet. Strømforbruket er på 13 A. Spenningen blir målt til 12,4 V. Til hver hovedlyspære går det en strøm på 4,7 A. Nummerskiltlyset bruker 0,42 A. Hvor stor strøm bruker baklysene til sammen?

11 Tre resistorer på 5 Ω, 10 Ω og 15 Ω er parallellkoplet til en spenning på 22 V. a Tegn kretsen.

til

b Regn ut erstatningsresistansen (totalresistansen). c Regn ut hovedstrømmen.

12 I en serie/parallell-kopling har vi tre resistorer: R1 = 10 Ω, og den er koplet i serie. R2 = 20 Ω og R3 = 8 Ω. R2 og R3 er koplet i parallell.

n

a Tegn kretsen.

b Regn ut den totale resistansen i kretsen.

Ku

c Regn ut strømmen gjennom hver resistor.

g

c Hva er årsaken til at alle lampene i en juletrebelysning slokner dersom en av dem gjør det?


g er in

4 Effekt

rd

MÅL

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du vite forskjell på effekt og energi

vu

kunne beregne effekten for elektriske komponenter kunne måle effekten fra et elektrisk apparat

Ku

n

til

Elektrisk effekt er et mål på ytelsen en motor har, eller varmen vi får fra en varmeovn. Effekt er energiomsetningen målt mot tiden. Å være effektiv betyr at vi bruker mye energi på kort tid (P = W/t).


Kapittel 4  /  Effekt

45

Hva er effekt?

er in

Det gamle uttrykket hestekraft er et mål på «styrke». Det samme gjelder for antall watt i en lyspære. Av erfaring vet du kanskje at en led-lyspære på 7 W lyser sterkere enn en på 2 W.

g

Effekt er arbeid utført per tidsenhet. Tidligere anga vi effekten på en motor i hestekrefter, men det er upresist. Nå oppgir vi effekten (styrken) i watt (W) eller kilowatt (kW). I elektrisitetslæra betyr effekt energi per tidsenhet. Symbolet for effekt er P, og benevningen er W (watt).

Det engelske ordet power kan bety forskjellige ting, blant annet styrke og kraft, som er nokså upresise begreper. Men i elektrisitetslæra betyr det effekt, som er energi per tidsenhet.

rd

EKSEMPEL

elektrisk effekt: energiforbruk eller energioverføring per tid

En Gilera-modell har et slagvolum på 49 kubikkcentimeter (cm3) og en effekt på 4500 W (4,5 kW). Det svarer til ca. 6 hestekrefter (6 hk). En heste­kraft svarer til 736 W.

vu

En Gilera Nexus motorsykkel har et slagvolum på 460 cm3 og en effekt på 40 000 W (40 kW). Det blir ca. 54 hk. En led-lyspære kan ha en effekt på 7 W, en kokeplate kan ha en effekt på 2000 W osv.

til

Hva er energi?

Ku

n

Når du utfører et krevende arbeid til du får det til, er du energisk. Kreftene blir da brukt en viss tid. Energi er altså avhengig av både kraft og tid. Jo lenger vi bruker kraften vår, desto mer energi bruker eller har vi. Når et arbeid skal utføres, går det med en bestemt mengde energi. Du kan for eksempel koke opp en liter vann ved å sette kokeplaten på 500 W eller 1000 W. Det går med like mye energi, men det tar kortere tid med platen på 1000 W enn den på 500 W. Vi sier at effekten er større med platen på 1000 W. Symbolet for energi er W, og målenheten er wattimer (Wh) eller wattsekund (Ws). Når vi måler strømforbruket i en bolig, blir det målt i kilowattimer (kWh), 1 kWh = 1000 Wh.

energi: det vi trenger for å utføre et arbeid

REFLEKSJON Hvordan kan du være med på å redusere effektforbruket hjemme?


46

DEL 1 /

Elektrisk energi sammenliknet med vann som flyter

g

Vann i en elv kommer gjerne fra en innsjø. Elektrisk strøm får vi når vi har spenning. Det er spenningen som driver – opprettholder – strømmen, og samlet virkning av disse to størrelsene kaller vi effekt.

vu

rd

er in

Vi kan sammenlikne elektrisk strøm med et fossefall som driver et skovlhjul. Rotasjonshastigheten til skovlhjulet blir et mål på effekten – «styrken» – i vannstrømmen. Vi kan påvirke farten på skovlhjulet på to måter. Vi kan øke fallhøyden, eller vi kan øke vannmengden. I begge tilfellene vil skovlhjulet rotere fortere.

a Rotasjonshastigheten til skovlhjulet er et mål på effekten. Vi kan øke effekten ved å …

b … øke fallhøyden, eller ved å …

c … øke vannmengden som treffer skovl­hjulet.

til

Effekten (P) øker dersom vi øker spenningen (U) eller øker strømmen (I). Vi har:

Ku

n

P=U·I Effekt måler vi i watt (W).

EKSEMPEL

Når det går en strøm på 1 ampere gjennom varmeelementet i en kokeplate som er koplet til en spenning på 230 volt, utvikles det en effekt på 230 watt. Vi har: P = U · I = 230 V · 1 A = 230 W


Kapittel 4  /  Effekt

47

EKSEMPEL

Når vi slår varmeovnen på 2, går det 4 ampere strøm gjennom varmetrådene. I husene våre er det mest vanlig å bruke spenningen 230 volt. Vi har:

g

P = U · I = 230 V · 4 A = 920 W

er in

Effekten fra varmeovnen blir 920 watt.

EKSEMPEL

vu

​​ 100 W ​​  = 0,435 A I = __ ​​  P ​​  = ______ U 230 V

rd

Resistansen R i vameelementet bestemmer effekten når spenningen er fast. Vi regner igjen med spenningen 230 V. Hvor mange ohm er det i et varmeelement som utvikler 100 W? Først må vi regne ut strømmen gjennom varmeelementet:

Når vi kjenner spenning og strøm, kan vi bruke Ohms lov og beregne resistansen:

Ku

n

til

​​  230 V   ​​   = 528,7 Ω R = __ ​​ U ​​ = _______ I 0,435 A

Her ser vi varmeelementet i et vaffeljern. Også panelovnen er bygd opp med varmeelement.


48

DEL 1 /

Måling av effekt Vi har et instrument som kan måle effekt direkte, et wattmeter. Watt­ meteret består egentlig av to instrumenter, et voltmeter og et ampere­ meter.

A

A U inn = 230 V

V

Måling av effekt med amperemeter og voltmeter.

Vi får elektrisk energi, W, når effekten påvirker et apparat en tid, W = P · t.

Når du kjenner effekten og spenningen, kan du beregne strømmen, I = P/U. Når du kjenner effekten og strømmen, kan du beregne spenningen, U = P/I.

• Effekt, P, måler vi i watt (W).

n

• Energi, W, måler vi i wattimer (Wh) eller i wattsekund (Ws).

Hvis vi kombinerer effektformelen og Ohms lov, kan vi beregne effekt, spenning, strøm og resistans med bare to faktorer.

Ku

W

V

Til kobling av element

Et wattmeter er sammensatt av et amperemeter og et voltmeter.

1 Forklar hva energi er.

vu

Elektrisk effekt P får du når spenning og strøm påvirker et apparat, P = U · I.

til

U inn = 230 V

Repetisjon

Oppsummering

Til kobling av element

rd

Digitalt wattmeter.

er in

g

Ett wattmeter kan vise verdien med en viser (analogt), eller det kan ha et display som viser verdien med tall (digitalt)

2 Hva er det som får elektronene i en ledning til å bevege seg? 3 Hvor stor blir effekten når spenningen er 12 V og strømmen er 2 A? 4 Hvor stor blir spenningen når effekten er 100 W og strømmen er 2,5 A? 5 Hvor stor blir strømmen når spenningen er 24 V og effekten er 600 W? 6 Hvor stor blir effekten når spenningen er 110 V og resistansen er 5 Ω? 7 Hvor stor blir effekten når strømmen er 5 A og resistansen er 2 Ω? 8 Hvor stor blir resistansen når spenningen er 12 V og effekten er 5 W?


Kapittel 4  /  Effekt

49

Oppgaver 1 Her ser du måling av effekt i en krets. Forklar hvordan det gjøres.

U inn = 230 V

Til kobling av element

V

er in

2 Hvor stor effekt har en 24 volts lyspære når det går 4 A gjennom den? 3 En elektrisk drill har en spenning på 230 V og en effekt på 500 W. Hvor stor strøm trekker drillen? 4 I en loddebolt er strømmen 0,150 A, og spenningen er 230 V. a Regn ut effekten i loddebolten.

b Blir effekten større eller mindre hvis spenningen faller til 210 V?

rd

5 En varmeovn med effekten 1200 W står på hele døgnet i fire måneder om vinteren. For enkelhets skyld regner vi med 30 dager i en måned. a Hvor stor elektrisk energi utgjør dette? (Formel: W = P · t) (W = energiforbruk og måles i kWh.)

vu

b Hvor mye vil dette forbruket koste deg med dagens strømpris?

6 En lampe til en bil er på 45 W, og den er koplet til en spenning på 12 V. a Hvor stor strøm går det gjennom lampen?

b Hva er energiforbruket når lampen er på i fire timer? 7 En hårføner er merket 700 W / 230 V.

til

a Hvor stor strøm går det gjennom hårføneren når den er tilkoplet? b Hvor stor er resistansen i hårføneren?

8 En kokeplate med en resistans på 35,28 Ω er tilkoplet lysnettet.

n

a Hvor stor effekt blir det omsatt i kokeplaten? b Hvis du bruker kokeplaten to timer hver dag i en måned (30 dager), hva blir energiforbruket? c Hva koster det å bruke kokeplaten når du betaler 1,10 kroner per kWh?

Ku

g

A


g er in

5 Batterier og batteridrift

rd

MÅL

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du kjenne til de mest brukte batteriene

vu

kjenne til miljøfarene ved batterier

kunne håndtere og vedlikeholde blybatterier på en sikker måte kunne kople sammen batterier slik at de kan levere riktig mengde strøm og spenning

Ku

n

til

I de seinere årene har utviklingen av batterier gått fort. Batteriene er blitt både mindre og kraftigere og har stor kapasitet. Mobil­ telefonenes batterier får stadig lengre brukstid, og utviklingen av batterier foregår kontinuerlig i forskningsmiljøer og i næringslivet. Dagens elektronikk-komponenter bruker svært lite strøm, og når batteriene i tillegg har fått mer kapasitet på et mindre volum, er det en fordel for brukerne. Det legges også stor vekt på å utvikle miljøvennlige batterier. Elbiler krever batterier som har stor rekkevidde og liten vekt.


Kapittel 5  /  Batterier og batteridrift

51

Batterier

sekundærbatteri: et batteri som kan lades opp

er in

I elektrisitetslæra slår vi sammen flere strømkilder – celler – til et bat­teri. I dagligtalen snakker vi om et batteri selv om det består av bare én celle. Vi deler batteriene inn i to hovedgrupper: primærbatterier (engangsbatterier), som ikke kan lades opp, og sekundærbatterier (eller akkumulatorer), som kan lades opp. Primærbatterier brukes i barber­ maskiner, radioer, høreapparater og røykvarslere. De skal leveres inn til forhandleren eller til gjenvinningsstasjoner. Ikke kast batterier i hus­ holdningsavfallet.

primærbatteri: et batteri som ikke kan lades opp

g

Det franske ordet batterie betyr en samling av flere like enheter. En trom­meslager slår på én tromme, mens en som slår på flere trommer, blir kalt batterist.

rd

HMS

Et godt batteri er viktig i dagens mobiltelefoner.

vu

Gjenvinning av batterier Batterier inneholder miljøskadelige stoffer som bly, kvikksølv og kadmium. Disse stoffene er svært skade­ lige for naturen, og det er viktig at de ikke slipper ut. Batterier skal derfor ikke kastes i husholdnings­ avfallet, men leveres til gjenvinningsstasjoner.

til

Forhandlere og gjenvinningsstasjoner tar imot brukte batterier, enten i en egen innsamling for batterier eller som farlig avfall. Blybatterier skal leveres som farlig avfall. En enkel huskeregel er at alle batterier skal leveres til gjenvinning, uavhengig av størrelse eller hva slags tungmetall de inneholder.

Ku

n

Elektrisk energi blir omgjort til kjemisk energi og lagret i batteriet. Bly­ batteriet i bilen og batteriet i mobiltelefonen er sekundærbatterier og kan lades opp. Ladningsmengden, det vil si energiinnholdet i et batteri, blir målt i amperetimer, Ah (h = time). Antallet Ah i et batteri er lik produktet av strømmen og tiden: Dersom et batteri er merket 40 Ah, kan vi ta ut en strøm på 40 A i én time (40 · 1) eller en strøm på 20 A i to timer (20 · 2), osv.

REFLEKSJON 1 Hvordan tror du et batteri ser ut om ti år, og hvilke bruksområder har det? 2 Kan du se for deg en utvikling av andre komponenter som erstat­ter batteriet?


52

DEL 1 /

Miljømerking av batterier

rd

er in

g

I moderne hjem har vi mange apparater og innretninger som går på batteri: Fjernkontroller, PC og mobiltelefoner er bare noen eksempler. I en del batterier kan det være helse- og miljøskadelige stoffer som kad­mium, kvikksølv og bly. Disse stoffene er miljøgifter – giftige stoffer som ikke brytes ned i naturen. De lagrer seg i kroppen til dyr og men­ nesker. Har en miljøgift først kommet ut i naturen eller inn i kroppen, er den nesten umulig å bli kvitt. Derfor er det svært viktig – både for folke­ helsa og for naturen – at vi begrenser bruken av miljøgifter.

vu

Miljømerking av ulike batterier.

Dersom batteriene har kort brukstid, må vi bytte dem ofte og bruke flere. Det gir mer avfall og større miljøutfordringer. Oppladbare batterier har klart minst miljøbelastning, fordi de kan brukes uendelig mange ganger. Siden mange bruker engangsbatterier, svanemerkes også de, slik at forbrukerne skal finne gode miljøvalg.

til

Svanemerket, som er det offisielle miljømerket i Norden, stiller ikke bare krav til innholdet i batteriene og hvor lenge de skal vare, men også til måten de er produsert på. Produksjon av batterier krever både energi og ulike stoffer som kan være miljøskadelige.

Ku

n

Svanemerket: det offisielle miljø­merket i Norden

I 2019 var det 97 typer svanemerkede batterier (engangs- og oppladbare). Du kan sjekke hvilke på: www.svanemerket.no.


Kapittel 5  /  Batterier og batteridrift

53

Sekundærbatterier

Nikkel-metallhydridbatterier

vu

Nikkel-metallhydridbatterier blir ikke regnet som farlig avfall, men de skal leveres til gjenvinning.

Lader for NiMH-batterier.

rd

I batteriet frigjør anoden elektroner som går til katoden. Katoden er strøm­tilførsels­ledningen (elektroden) som er koplet til den negative polen på strøm­kilden. Anoden er koplet til plusspolen.

er in

Nikkel-metallhydridbatterier (NiMH-batterier) er mindre miljøfarlige og har et stort bruksområde. De inneholder ingen giftige tungmetaller og blir blant annet brukt i mobiltelefoner og forskjellig oppladbart elektrisk verktøy. Batteriet har en nikkelkatode (positiv) og en metallhydridanode (negativ). Det kan lades opp omtrent tusen ganger.

g

Det finnes mange forskjellige batterier. Vi skal se nærmere på nikkelmetallhydridbatteriet, litium-ionbatteriet og blybatteriet, som alle er sekundærbatterier som kan lades opp.

til

NiMH-batterier.

Litium-ionbatterier

Ku

n

Litium-ionbatterier (Li-ion) er bygd opp av grunnstoffet litium i en oksid­forbindelse. Litium er det letteste metallet, og batteriet har stor energitetthet i forhold til volumet. Det er den store lagringstettheten, at du kan lagre mye energi på et lite volum, som gjør litium spesielt. Sammenliknet med NiMH-batteriet er volumet ca. 30 % mindre for samme kapasitet. En av de største fordelene med Li-ionbatteriet er at det ikke inne­holder kvikksølv, bly eller kadmium. Det gjør at det ikke kan skade miljøet når det kas­seres, men det skal likevel leveres til en gjenvinnings­stasjon. Li-ionbatteri til elbil.


54

DEL 1 /

Blybatterier Blybatteriet (blyakkumulator) blir først og fremst brukt som startbatteri i biler og andre kjøretøy, men i elektronikken finner vi det som reserve­ aggregat for elektronisk utstyr, for eksempel i datamaskiner.

REFLEKSJON Hva tror du et batteri blir laget av om ti år?

er in

g

Et blybatteri har to blyelektroder. Plusspolen består av blyoksid, og minus­polen av finfordelt metallisk bly, og mellom dem er det en elektro­ lytt (en elektrisk ledende væske) av fortynnet svovelsyre. Hver celle har en spenning på 2 V. Det vil si at et 12 V-batteri består av seks celler koplet i serie. Ved utlading blir svovelsyra omdannet til vann ved at begge elektrodene blir omdannet til blysulfat. Ved opplading blir det på nytt dannet svovel­ syre. Samtidig kan det bli dannet hydrogen og oksygen ved for hurtig lading, som gir den farlige kombinasjonen knallgass. Lading av bly­ batterier må derfor bare foregå i lokaler med god ventilasjon. Det er ikke enkelt å kontrollere tilstanden til et blybatteri med et volt­ meter, fordi klemmespenningen er nær like stor for et fullt oppladd batteri som for et nesten utladd batteri. Vi kan bestemme batteri­ tilstanden ved å måle spenningen samtidig som vi belaster batteriet.

rd

knallgass: en blanding av oksygen og hydrogen

til

vu

Et 12 V-batteri lades vanligvis med en spenning på 14,4 V. Men det er viktig å passe på at ladestrømmen aldri er større enn amperetimetallet dividert med tre. Dersom et blybatteri er merket med 75 Ah, må lade­ strømmen ikke være større enn 25 A.

Sveiset dobbeltlokk

Ku

n

Ventilregulert utlufting

Kraftig komrimert platesett Negativ plate Positiv plate Nye lifegrind

Blybatteri.


Kapittel 5  /  Batterier og batteridrift

55

Vedlikehold

Blybatterier skal leveres som farlig avfall på gjenvinningsstasjoner eller til butikker som selger dem. Bly er et tungmetall som skader miljøet.

er in

Primærbatterier (engangsbatterier)

g

Blybatterier i dag er stort sett vedlikeholdsfrie. På nyere batterier finnes det en indikasjon som viser tilstanden på batteriet. Batteriet på bildet er helt innkapslet og har en liten sikkerhetsventil.

til

vu

rd

Primærbatterier kan ikke lades opp. De må derfor kasseres når de er brukt opp. De skal da leveres til forhandler eller til gjenvinnings­ stasjoner.

n

Alkaliske batterier, også kalt primærbatterier og engangsbatterier, er den batteritypen det selges mest av i Norge.

Ku

Primærbatterier finnes i mange forskjellige utførelser. Vi har brun­ steins­batterier, alkaliske batterier, sølvbatterier, kvikksølvbatterier og magnesiumbatterier. Hvert av dem har sine fordeler og ulemper. I Europa og USA er det alkaliske batterier som brukes. Disse batteriene har god utholdenhet. Alkaliske batterier krever helt rene kjemikalier ved produksjon, noe som er en bedring for miljøet.

REFLEKSJON Hvilke metoder vil vi ha for lading av batterier i framtiden?


56

DEL 1 /

Repetisjon

Batterier deles inn i kategoriene primær- og sekundærbatterier. Primærbatterier er ikke ladbare, mens sekundærbatterier kan lades opp igjen. Kapasiteten til et batteri angis i antall ampere­ timer (Ah).

Nikkel-metallhydridbatterier har en celle­ spenning på 1,2 V.

Litium-ionbatteriet har en cellespenning på litt over 3,6 V.

Blybatterier (sekundærbatteri) finnes i mange utgaver, for eksempel startbatteri og fritidsbatteri. De har en cellespenning på 2 V.

3 Hva innebærer det at batterier er svanemerket? 4 Hva gjør at batterier kan være skadelig for miljøet? 5 Hvor lenge kan du tappe tre ampere fra et 60 Ah-batteri? 6 Hva er et primærbatteri?

7 Hva er et sekundærbatteri?

8 Nevn noen batterier som inneholder miljø­ farlige tungmetaller.

Det finnes svært mange primærbatterier der spenningen varierer mellom ca. 1 og 9 V.

vu

2 Hvordan er et blybatteri bygd opp?

rd

1 Hvor stor klemmespenning har et blybatteri med tre celler?

g

er in

Oppsummering

Oppgaver

1 I hvilke utstyr/hjelpemidler du kjenner til, er det batterier?

5 Vurder miljøhensyn og avfallshåndtering ved batteribruk.

2 Lading av batterier er nødvendig. Hvordan utfører du det, og når på døgnet?

6 Hva tenker du om batteriets framtid? 7 Hvilke metoder for lading av batterier kan utføres?

4 Hva tenker du om batterier og miljø fra produksjon til de er brukt og kasseres?

8 Blir elbil brukt i framtiden, eller tror du andre typer drivstoff tar over?

Ku

n

til

3 Hva gjør du med batteriene når de er oppbrukt?


g er in

rd

6 Motorer, generatorer og transformatorer MÅL

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du

vu

kjenne til noen av de mest brukte motorene

kunne forklare hvordan en motor er bygd opp kjenne til virkningsgraden

forstå merkeskiltet til en motor

kunne beskrive hvordan en generator fungerer

til

kunne beregne hvor stor spenning en transformator kan avgi

Ku

n

Det finnes mange forskjellige motorer. Grovt sett kan vi dele dem inn i likestrømsmotorer og vekselstrømsmotorer, men innenfor disse to gruppene er det mange forskjellige typer. I dette kapitlet skal vi bare se på noen av de mest brukte.


58

DEL 1 /

Likestrømsmotorer Elektriske motorer fungerer fordi to magnetfelter virker på hverandre med en kraft. Magnetfelter finnes overalt. Jorda vi bor på, er en kjempestor magnet.

er in

g

Vi kan få kraftige, varige magnetfelter ved å magnetisere stål som er iblandet aluminium, kobolt og nikkel (legert stål). Vi får også kraftige magnetfelter når det flyter strøm gjennom en spole med en jernkjerne. Styrken på magnetfeltet er avhengig av strømstyrken. I en strømførende leder oppstår det sirkelformede magnetiske kraftlinjer med lederen i sentrum.

vu

rd

Permanentmagnet.

Magnetfelt rundt en leder.

N

S

S

Kraften fra to magnetfelter vil virke på lederen.

Dersom vi plasserer en leder som det går en strøm gjennom, inn i et annet magnetfelt, får vi to magnetfelter i det samme området. Disse vil virke på hverandre – samarbeide – på den måten at der kraftlinjene til de to magnetfeltene går i samme retning, blir kraftfeltet forsterket. Der kraftlinjene går i motsatt retning, blir kraftfeltet svekket. Resultatet er at lederen blir påvirket av en kraft som virker i den retningen der magnet­ feltet er svekket.

til n

Ku

N


Kapittel 6  /  Motorer, generatorer og transformatorer

59

Statoren

g

stator: en fast del i motoren som skaper et kraftig magnetfelt

Statorer.

rd

er in

Likestrømsmotoren har en fast del – statoren – som samtidig er stammen i motoren. Ordet stator kommer av statisk = stillestående. Statoren skaper et kraftig, fast magnetfelt. Små motorer har to magnetpoler, en nordpol og en sydpol, mens større motorer kan ha flere slike polpar. I motorer med flere polpar er plasseringen av polene slik figuren nedenfor viser.

vu

I stedet for å bruke en permanentmagnet kan vi skape et magnetfelt ved å la det flyte strøm gjennom en spole. Denne måten å skape et magnet­ felt på blir brukt i alle større likestrømsmotorer. En slik magnetiserings­ vikling kaller vi vanligvis en feltvikling.

Rotoren

til

Rotoren er formet som en sylinder med flere langsgående spor i over­ flaten, se figuren. For å øke kraften fra en leder legger vi flere viklinger av isolert kobbertråd i hvert spor.

Ku

n

Rotoren skal rotere uavbrutt, og da går det ikke å bruke en fast strømtilkopling. Problemet er løst ved hjelp av en kom­ mutator. Den er sylindrisk og roterer sam­ men med rotoren. Den har kobber­lameller som samsvarer med antall polpar, og rotor­ viklingene er koplet til disse lamel­lene.

Rotor.


DEL 1 /

Når det er bare ett polpar, er det to kullbørster som sleper mot kommu­ tatoren. På grunn av kommutatoren går strømmen alltid i samme ret­ning i rotorspolene, og den magnetiske kraften på rotoren får samme retning hele tiden.

N

g

REFLEKSJON Hvilken motor tror du vil være den mest miljøvennlige om ti år?

N +

S

S

rd

er in

60

Prinsippet for en kommutator.

vu

Shuntmotoren

En motor med et permanent magnetfelt har bare to tilkoplinger. Vi kan kople den på to måter ved å bytte om polariteten på matespenningen. Dermed vil dreieretningen endre seg.

til

Obs! På mange motorer er kullbørstene litt forskjøvet for at driftsegen­ skapene skal bli best mulig ved én bestemt dreieretning. Blir en slik motor kjørt i motsatt retning, fungerer den mye dårligere.

+

+

n

Ku

Felt

Variabel spenning

Fast spenning Rotor –

Shuntmotor.


Kapittel 6  /  Motorer, generatorer og transformatorer

61

Når magnetiserings­viklingen er koplet i paral­lell med rotoren, kaller vi det en shuntmotor.

Seriemotoren +

En seriekoplet likestrømsmotor blir blant annet brukt som startmotor i biler og som motor i spor­vogner, fordi den har et stort dreiemoment i start­øyeblikket. En stor ulempe ved serie­motoren er at turtallet varierer mye med belastningen.

rd

Seriemotoren blir mye brukt som vekselstrøms­ motor for små effekter, for eksempel i støvsugere, miksmastere og håndbormaskiner. En serie­motor kan brukes med vekselspenning.

Felt

er in

Kopler vi magnetiseringsviklingen og rotoren i serie, får vi en serie­motor.

g

I praksis fungerer den på samme måten som en motor med permanent­ magnet. Den viktigste egen­skapen til en shunt­motor er at turtallet holder seg nær konstant, uav­hengig av belastningen.

vu

Kompoundmotoren

+

n

til

Hvis vi kombinerer prinsippene for en shunt­motor og en seriemotor, har vi en kompound­motor. Den har en parallellkoplet og en serie­koplet magnet­ iseringsvikling, og utnytter egen­­skapene til begge motortypene.

Ku

Rotor

Seriemotor.

Felt

+ Variabel spenning

Fast spenning

Rotor

Kompoundmotor.


62

DEL 1 /

Vekselstrømsmotorer

g

Noen vekselstrømsmotorer trenger ikke kommutator, fordi strømmen skifter retning samtidig med spenningen. Andre vekselstrømsmotorer har kommutator, men er da bygd opp for å brukes med både likespen­ ning og vekselspenning.

er in

Elbiler

Mange elbiler benytter en trefasevekselstrømsmotor. Disse motorene egner seg godt fordi de regenererer strøm, og de krever ikke så mye komplisert elektronikk.

Batteripakken i en elbil kan være plassert under setene.

Den samme elektronikken som forsyner motoren med strøm, kan også forsyne batteriet med strøm fra motoren.

regenerere: gjenskape/fornye strøm ved bremsing eller kjøring i nedoverbakke

n

til

vu

rd

Det finnes mange forskjellige motorer, og alle elbiler er ikke like. Prin­ sippet er stort sett det samme. Motoren består av en stator og en rotor.

Ku

Vifte med motor som kan gå på strøm både fra nettet (AC) og batterier (DC).

Boremaskin som er beregnet for drift fra nettet (AC).


Kapittel 6  /  Motorer, generatorer og transformatorer

63

Asynkronmotoren

er in

g

Asynkronmotoren er den vanligste vekselstrømsmotoren. Statoren er bygd opp på samme måten som på en likestrømsmotor. Men denne motoren er beregnet for trefasedrift og har følgelig tre viklinger, eller et antall som er delelig med tre, det vil si 6, 9, 12 osv.

U1

V2

V1

U2 W1

W2

W1

rd

V1

U2

U1

V2

vu

W2

Tilkoplingsbrett og statorviklinger for en asynkronmotor.

til

Rotoren er helt forskjellig. Viklingene har form som et bur, og det kalles også en burvikling. Motoren har verken kommutator eller sleperinger, men strømmen som går i rotorviklingen, blir indusert av statorviklingen. Motoren drives av trefasevekselstrøm.

Ku

n

Den asynkrone motoren kan koples på to måter, i stjernekopling (Y-kopling) for 400 V eller i trekantkopling (D-kopling) for 230 V.

Rotoren i en asynkronmotor.


DEL 1 /

L1

U1

L2

V1

L3

L1 L2 L3

L1

W1

U1

Stator-

Stator-

viklinger

viklinger

U2

V2

L2

W2

V1

U2

L3

W1

V2

W2

Koblings-

Tre lasker

Koblingsbrett

er in

brett

En lask

L1 L2 L3

g

64

Motor

Motor

3

3

D–kobling

Y–kobling

micro support

Ku

n

til

vu

rd

Startstrømmen for motorer er svært stor, 10–20 ganger større enn driftsstrømmen. Store motorer kan ha en vender mellom Y-kopling og D-kopling. Da starter vi motoren i Y-kopling. Når motoren har kommet opp i normal hastighet, slår vi venderen over slik at motoren blir D-koplet. Da kan motoren belastes med den arbeidsoperasjonen den skal brukes til. Når motoren er Y-koplet, er strømmen i viklingene mye mindre enn når den er D-koplet. Men når motoren er D-koplet, er den tre ganger så kraftig.

cosinus (cos): faseforskyvningen mellom strøm og spenning i en motor er en vinkel som angis i grader

Merkeskilt for en asynkronmotor.

Merkeskiltet viser at motoren har en effekt på akslingen på 250 W, dette er avgitt effekt. Ved denne effekten trekker motoren en strøm på 1,4 A hvis den er D-koplet til 230 V, og en strøm på 0,83 A når den er Y-koplet til 400 V. Den har en effektfaktor på cos ϕ = 0,7 og roterer med 1395 omdreininger per minutt.


Kapittel 6  /  Motorer, generatorer og transformatorer

65

Enfasemotorer

rd

er in

g

Vekselspenningen i bare én fase kan ikke drive en rotor rundt på samme måten som ved trefasedrift. Vi må få opprettet et magnetfelt som er forskjøvet i forhold til den ene fasen. En slik faseforskyvning får vi ved å kople en kondensator i serie med en ekstra vikling, en startvikling.

vu

Statorviklinger.

til

Velger vi størrelsen på kondensatoren riktig, blir startfeltet fasefor­ skjøvet med 90°. Startkondensatoren skal være på ca. 80 µF per kW effekt.

Startvikling

Ku

n

Statorvikling

Enfasemotor med statorvikling og startvikling. Sementblander med enfase­motor som går på strøm fra nettet 230 V (AC).

Boremaskin med enfasemotor som går på strøm fra nettet 230 V (AC).


66

DEL 1 /

Virkningsgrad

g

For å kunne gå må en motor få tilført elektrisk energi. Men ikke all denne energien blir brukt til å drive akslingen rundt. Noe blir til varme i spoleviklingene, noe forsvinner i magnetfelter utenfor spolene, og noe går til å om-magnetisere stålet i ankeret og statoren.

virkningsgrad: energitap i en elektrisk motor

Pavgitt Ptilført

er in

Tapene i elektriske motorer er vanligvis små, fra 5 til 10 %. Det vil si at av den tilførte effekten er det 90–95 % som blir avgitt som kraft på aks­lingen. Virkningsgraden er et tall mellom 0 og 100 %, og den forteller hvor mye av tilført effekt en motor klarer å utnytte. Det er forholdet mellom avgitt effekt og tilført effekt. Virkningsgraden skrives med symbolet η. Pavg Ptilf

til

vu

rd

η = ____ ​​   ​​ = som ofte forkortes til: η = ___ ​​   ​​

n

Tilført effekt, tap og avgitt effekt for en elektrisk motor.

Ku

EKSEMPEL

En motor får tilført effekten 1250 W, men avgir bare 1175 W på akslingen. Hvor stor virkningsgrad har denne motoren? Pavgitt _______ ​​   ​​   = ​​ 1175 W   ​​ = 0,94 Virkningsgraden er: η = ____ Ptilført 1250 W

Hvis vi ønsker å oppgi virkningsgraden i prosent, må vi multiplisere 0,94 med 100: 0,94 · 100 = 94 %


Kapittel 6  /  Motorer, generatorer og transformatorer

Merkeskilt

ABB-MOTOR

Merkeskiltet på en motor forteller mye om motoren. Her kan vi lese av

Motor 3 50HZ MBL132S 5,5kW 400V Y 11,7A Class F

• hvor kraftig motoren er

IEC 34.1 IP54 1425r/min 230V Δ 20A cos ϕ = 0,84

g

• hvilken spenning den skal koples til • hvor stor strøm den trekker

Cat.No. MK141005-AA

40 kg

er in

• hvor fort den går Men vi må selv beregne virkningsgraden.

Merkeskiltet forteller mye om motoren.

EKSEMPEL

f = 50 Hz

IP 55 230 V

8,3 A

1510 W

cos ϕ = 0,85

vu

1350 rpm

rd

Merkeskiltet for en tofasemotor har disse opplysningene om motoren: Motor 2-faser

67

Når denne motoren koples til 230 V, vil den trekke en strøm på 8,3 A. Avgitt effekt er oppgitt til 1510 W. Tilført tilsynelatende effekt er: S = U · I = 230 V · 8,3 A = 1909 VA

til

Tilført aktiv effekt er: P = S · cos ϕ = 1909 VA · 0,85 = 1623 W

n

Pavg 1510 ​​   ​​ = _____ ​​     ​​ = 0,93 Motorens virkningsgrad er: η = ___ Ptilf 1623

Ku

Generatorer

Oppgaven til en generator er å produsere strøm og spenning. Gene­ ratoren er bygd opp på samme måten som en motor, men i generatoren må rotoren drives rundt av en ytre kraft. Når rotoren drives rundt, vil magnetfeltet fra den indusere strøm og spenning i statorviklingene. Vekselstrømsgeneratoren i biler er utstyrt med likerettere og gir derfor likespenning til lys og elektrisk utstyr i bilen. Vekselstrømsgenerator til en buss.


DEL 1 /

Elektromagnetisk induksjon er å lage elektrisk spenning (indusere) i en elektrisk krets. Det kan gjøres ved å bevege kretsen i et magnetfelt. Elektro­magnetisk induksjon binder dermed sammen elektrisitet og magne­tisme, noe som utnyttes i for eksempel generatorer og trans­ formatorer.

indusere: lage elektrisk spenning

g

68

Transformatorer

er in

rd

transformator: gjør om stør­relsen til en vekselspenning

Transformatorer kan gjøre om størrelsen på en vekselspenning, og ut­­spenningen kan bli mindre eller større enn driftsspenningen. Dersom vi kopler til 230 V vekselspenning til primærspolen til venstre, som har tusen vindinger, kan vi hente ut 23 V fra sekundærvindingen til høyre, som har hundre vindinger.

U1

vu

Primærspole

N1

U2

Sekundærspole

N2

Ku

n

til

Transformatoren kan omforme – transformere – vekselspenning til en lavere eller en høyere verdi.

Driftsspenningen U1 koples til primærspolen, N1, og den omformede spenningen U2 tar vi ut av sekundærspolen, N2. Forholdet mellom spen­ningene er bestemt av antall vindinger på de to spolene. Vi kan da sette opp denne formelen:

U2 N2 __ ​​   ​​  = __ ​​   ​​   U1 N1 der U1 er driftsspenningen (innspenning) U2 er den omformede spenningen (utspenning) N1 er antall vindinger på primærspolen (innsiden) N2 er antall vindinger på sekundærspolen (utsiden)


69

er in

g

Kapittel 6  /  Motorer, generatorer og transformatorer

Transformator.

EKSEMPEL

rd

En transformator har 660 vindinger på primærsiden og 57 vindinger på sekundærsiden. Driftsspenningen er 230 V og koples til primærviklingen. Hvor stor er spenningen ut fra sekundærviklingen?

vu

N2 ​​   ​​  ​· U1​ = ________ ​​  57  ​​ ​· 230 ​= 19,87 V U2 = ______ N1 660

Sekundærspenningen er ca. 20 V.

til

Transformatorer har forholdsvis små tap. Vi kan regne med en virknings­ grad (η) på 98–99 %. Virkningsgraden, η, beregner vi som forholdet mellom avgitt effekt P2 og tilført effekt P1. Den blir oppgitt som et forholdstall eller i prosent. P2 P1

n

η = _________ ​​   ​​​  · 100 %​

Ku

EKSEMPEL

En transformator er koplet til 230 V og gir ut en spenning på 48 V. Strømmen i sekundærviklingen er 26 A og i primærviklingen 5,5 A. Hva blir virkningsgraden for transformatoren? P2 η = _________ ​​   ​​  ​· 100 %​ = ______________ ​​  48 · 26   ​​  ·​ 100 %​= 98,66 % P1

230 · 5,5

Virkningsgraden for transformatoren er 0,99 eller 98,7 %.


DEL 1 /

Strømtransformator

N2 U2 __I1 __ ​​   ​​  = __ ​​   ​​  = ​​   ​​  N1 U1 I2

er in

U2 N2 __ ​   ​ = __ ​   ​  ​​ (U1 N1 )

I1 N2 __ ​​   ​​ = __ ​​   ​​  ​​ I2 N1

g

En sveisetransformator er et typisk eksempel på en strømtransformator. Der er primærstrømmen lav og sekundærstrømmen høy. Beregningen av strømtransformeringen er motsatt av spenningstransformering:

Trefasetransformator

rd

En transformator for tre faser har tre primærviklinger og tre sekundær­ viklinger. Viklingene kan være koplet sammen på to måter, i stjerne­ kopling eller i trekantkopling.

vu

På samme måten som for enfasetransformatorer kan spenningen og strømmen transformeres opp eller ned, men her får vi tre sekundær­ spenninger og tre sekundærstrømmer.

Oppsummering

Motorer har en stator og en rotor. Magnetfeltene lager et kraftfelt, som igjen driver motoren.

Likestrømsmotorer må ha kommutatorer som gjør at magnetfeltet skifter retning etter hvert som rotoren går rundt.

Magnetisering av likestrømsmotorer kan gjøres på flere måter.

Den mest brukte vekselstrømsmotoren er en asynkronmotor. Hastigheten til denne trefasemotoren er styrt av antall statorviklinger.

Generatorer er bygd opp tilnærmet lik motorer. Når akslingen drives rundt, kan vi ta ut spenning fra statorviklingene.

Transformatorer omformer en vekselspenning til en større eller mindre vekselspenning.

til n

Ku

70


Kapittel 6  /  Motorer, generatorer og transformatorer

71

Repetisjon 1 Hva heter motoren som har to feltviklinger? 2 Gi eksempler på likestrømsmotorer.

g

3 Gi eksempler på vekselstrømsmotorer. 4 Hvilken oppgave har en generator?

er in

5 Hvilken oppgave har en transformator? 6 Forklar hva virkningsgraden er.

Oppgaver

1 Hvor stort effekttap har en motor som avgir en effekt på 2100 W når den får tilført 230 V og det går en strøm i til ledningene på 10,5 A?

rd

2 Hvor stor spenning avgir en transformator med 1600 primærvindinger og 400 sekundærvindinger når den blir tilkoplet 230 V?

vu

3 Hvor stor er tilsynelatende effekt for en motor når strømmen i tilledningen er målt til 7,5 A og motoren er koplet til 230 V? 4 En motor er merket med cos ϕ = 0,7. Hvor stor er aktiv effekt for motoren?

Ku

n

til

5 En motor er merket med Pavg = 1000 W. Hvor stor virkningsgrad, η, har motoren?


g er in vu

2

rd

DEL

Styringsteknikk

til

MÅL

Når du har arbeidet med del 2 Styringsteknikk, skal du

kunne gjøre rede for krav til helse-, miljø- og sikkerhet som gjelder for arbeid med

n

elektriske, hydrauliske og pneumatiske anlegg

kunne lese skjemaer, beregne relevante størrelser og foreta simulering innenfor elektriske, hydrauliske og pneumatiske anlegg

Ku

kunne kople opp og utføre målinger på automatiserte og manuelle styringssystemer kunne forstå sammenhengen mellom utførte målinger og beregnede størrelser innenfor elektro, hydraulikk og pneumatikk

kjenne til grunnleggende prinsipper for programmering av 2D- og 3D-dataassistert konstruksjon (DAK) og dataassistert produksjon (DAP)

ha kjennskap til robotisering, automatisering og CNC


73

1 Elektriske motorstyringer

I masseproduksjon blir mange prosesser styrt av trykkluft. Vi kaller det pneumatiske prosess­ er. Vi skal se nærmere på hvordan trykkluft kan brukes til å utføre arbeid, og hvilke sikkerhets­ regler som gjelder for bruk av trykkluft.

til

3 Hydraulikk

n

Hydraulikk brukes der det trengs større kraft enn det vi kan oppnå med pneumatikk, for ­eksempel i store anleggsmaskiner. I andre sammenhenger bruker vi jekker, vinsjer og presser som kan arbeide med stor kraft. Vi skal se på farene ved høyt væsketrykk, og hvilke ­sikkerhetstiltak vi må iverksette når vi arbeider på hydrauliske systemer. Vi skal også se hvor­ dan vi skal kople opp hydrauliske kretser på en sikker måte.

Ku

Automatiserte prosesser går nærmest av seg selv når de først er satt i gang. Systemet tenker selv ved hjelp av logiske systemer, sensorer, en «hjerne» (eksempelvis en PLS) og arbeids­ enheter som gjør jobben. Vi skal se nærmere på hvordan disse systemene fungerer, og hvor­ dan de koples opp.

vu

2 Pneumatikk

4 Automatisering

rd

Elektromotorer som blir brukt i produksjons­ prosesser, koples opp slik at de kan startes ved hjelp av brytere. Nødstoppbryterne ivaretar sikkerheten. I dette kapitlet ser vi på hvordan elektromotoren skal koples opp på en riktig og forsvarlig måte.

er in

g

Den første industrielle revolusjonen ble innledet med oppfinnelsen av damp­ maskinen på slutten av 1700-tallet. Oppfinnelsen av elektrisiteten i 1870 førte til masseproduksjon på samlebånd og automatisering av produksjonen. I 1960-årene ble datamaskiner tatt i bruk, og nå er vi inne i den fjerde industrielle revolusjonen med «Industri 4.0». Vi ser en videreutvikling i automatiseringen, med roboter som kan utføre arbeid med stor nøyaktighet og effektivitet. Store, kompliserte produksjonsprosesser blir overvåket og kontrollert av automatiske styringer.

5 CNC

CNC er en måte å programmere en prosess på – fra emne til ferdig produkt. Vi kan tegne en gjenstand som en tredimensjonal modell, og deretter produsere modellen i riktig materiale på forskjellige måter. Modellen kan produseres i en CNC-fres, en dreiebenk, en laserkutter ­eller en annen CNC-styrt maskin.

6 Roboter

En robot utfører en oppgave som vi kan lære den å gjøre. Det kan skje ved programmering eller ved såkalt maskinlæring. Det vil si at ­roboten stadig blir flinkere etter hvert som den løser oppgaver. Vi skal se nærmere på forskjellige typer roboter og hva de brukes til. Selve programmeringen går vi ikke i dybden på i denne delen. Det finnes mange programmer, og på skolen din får du en innføring i program­ met som de har valgt å bruke.


g er in

1 Elektriske motorstyringer

rd

MÅL

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du

kunne forstå hvordan de mest vanlige komponentene i et elektrisk styrt anlegg virker

vu

kunne kople styrestrøm og hovedstrøm til en elektromotor kunne lese et koplingsskjema og søke etter feil i elektriske styringssystemer

Ku

n

til

I større maskiner som blir brukt i industrien, blir elektromotoren drevet av tofaset og trefaset vekselspenning. Delene som inngår i elektrisk styring av elektromotorer (motorstyringer), blir ofte koplet til en lavere spenning for å øke sikkerheten. I dette kapitlet skal vi se nærmere på enkle motorstyringer for en asynkronmotor.


Kapittel 1  /  Elektriske motorstyringer

75

Personer med fagbrev i elektrikerfaget og tre års relevant praksis kan arbeide lovlig på det elektriske anlegget i sin egen bolig. Som elev kan du bygge og vedlikeholde elektriske anlegg når du blir fulgt opp direkte av en person med fagbrev, og dersom arbeidet utføres på sikkerhets­ messig og forsvarlig måte.

er in

Alt elektrisk arbeid skal dokumenteres i tråd med kravene i forskriften. Denne dokumentasjonen skal følge det elektriske anlegget. Likevel er det elektrisk arbeid du som privatperson kan gjøre i ditt eget hjem, men det er klare regler for hva du må overlate til fagfolk. Blir det skade eller brann i noe du selv har installert, risikerer du redusert forsikringsoppgjør. Dette kan du gjøre selv. Du kan

rd

• montere og skifte varmeovner hvis de har bevegelig ledning og støpsel

vu

• kople til eller skifte topolede støpsler til og med 25 A, med og uten jording

• kople til eller skifte topolede skjøtekontakter og apparatkontakter til og med 16 A, med og uten jording • kople til og reparere bordlamper, lampetter og liknende med bevegelige ledninger, herunder også ledningsbrytere

til

• kople til eller skifte ut lamper som henger i takkrok eller liknende, og som er koplet til med kroneklemme eller plugg/ stikkontakt, men lampene må ikke være en del av den faste installasjonen

n

Spenningsfare.

NEK 400

• skifte deksel på brytere, stikkontakter og koplingsbokser

Følg alltid monterings- og bruksanvisningen nøye.

Ku

g

Arbeid på elektriske lavspenningsanlegg

NEK 400 spesifiserer krav til planlegging, montering og god­kjenning av elek­ triske installasjoner. Kravene skal sikre per­ soner, husdyr og eiendom mot farer og skader som kan oppstå ved bruk av installa­sjonen. Forskriften er fastsatt av Direktoratet for samfunnssikkerhet og beredskap (DSB) og blir oppdatert hvert fjerde år.


76

DEL 2 //

Elektriske styringer Maskiner har elektriske styringer med elektromagneter som styrer hovedstrømmen, og forskjellige sikringsanordninger som skal hindre at maskinen blir overbelastet. Elektromagneten utfører et arbeid i én retning når vi kopler strøm til den med en bryterkontakt. Dermed kan den åpne eller stenge ventiler, eller slå av eller på bryteren til elektro­ motoren.

er in

g

sikringsanordning: automat­ sikringer og overspen­nings­vern i det elektriske an­legget. De kopler ut strømmen når noe er galt

vu

styrestrøm: tofaset spenning på 24 V eller 230 V som koples i serie gjennom start- og stoppbrytere for å styre bryteren til hoved­ strømmen

rd

hovedstrøm: strømtilførselen som koples fra støpselet i verk­ stedet til driften av elektro­ motoren

Asynkron elektromotor.

n

til

Elektriske styringer er også mye brukt i fabrikker for å styre ventiler til trykkluft- og hydraulikksystemene. Styringene blir betjent fra en PC og via forskjellige nettverk. Det gjør automatisering enklere.

Ku

kontaktor: relé som er bygd for å kople inn og ut elektriske belast­ ninger

Vi skal her se nærmere på elektrisk styring av en elektromotor, kompo­ nentene og hvordan de virker. Kontaktor, motorvern, sikringer og brytere er komponenter som er koplet sammen med ledninger på ulike måter, ut fra hva de skal styre. Det kan være mange av samme type komponent i en elektrisk styring av en elektromotor.


Kapittel 1  /  Elektriske motorstyringer

77

Elektromagneten

er in

Elektromagneten finnes i releer som regulerer elektriske kretser, i kontaktoren i motorstyringer, i løfteredskaper som løfter magnetiske materialer, og i magnetventiler (solenoider) i pneumatiske og ­­hydrauliske styringer. Vi skal se nærmere på hvordan elektromagneten virker i en kontaktor og kan fungere som hovedbryter til en elektromotor.

Releet

rd

Et relé bruker vi der vi vil ha en liten strøm til å styre en større strøm, for eksempel i startmotoren i en bil. Figuren nedenfor viser et relé. Inni releet er det en spole av kobbertråd som er viklet rundt en kjerne av jern. Dersom vi kopler spenning fra et batteri til spolen, vil det gå en strøm gjennom kobbertråden. Det skapes da et magnetfelt omkring tråden. Dette feltet blir forsterket av jernkjernen inne i spolen. Bryter

vu

Kontakt

Magnetkraft

Bryterkontakt

+

til

Reléprinsippet.

elektromagnet: vikling (spole) som er tvinnet rundt en kjerne av jern

g

Elektromagneten er en vikling (spole) som er tvinnet rundt en kjerne av jern. Når vi setter strøm på hver ende av spolen, oppstår det et magnet­ felt som overføres til jernkjernen, som da blir magnetisk.

Ku

n

Magnetkraften i kjernen trekker til seg magnetisk materiale, slik pilene på figuren viser. Retningen på magnetfeltet kan vi bestemme ved hjelp av spoleregelen. Spoleregelen Når vi griper rundt en spole med høyre hånd slik at fingrene peker i strøm­retningen i spolen, peker tommelen mot nordpolen til magneten.

Spole

N

relé: bryter som aktiveres ved hjelp av en elektromagnet


78

DEL 2 //

Kontaktoren

g

Kontaktoren er en elektromagnetisk bryter som blir aktivert av en styrestrøm. Symbolet er K.

kontaktor (K): et slags relé med flere innebygde brytere

14

13

6

3 1

er in

5

4 2

Anker

rd

A1

vu

A2

Elektromagneten er ikke aktivert.

13

14

til

5 3

Ku

n

1

A1

A2

Elektromagneten er aktivert med spenning på A1 og A2.

6 4 2


Kapittel 1  /  Elektriske motorstyringer

79

transformator: transformerer (endrer) en høy spenning til en lavere spenning, eller motsatt

er in

Elektromagneten får strøm på A1 og A2 fra to faser. Dersom motoren koples til et 400 V TN-nett, koples A1 og A2 til L1 og N. Dersom det er et 230 V IT-nett, koples A1 og A2 til L1 og L2. Dersom styrestrømmen på kontaktoren skal ha 24 V, trenger vi en transformator. Det anbefales å bruke lavspent strøm på grunn av sikkerheten. Når vi trykker på start­ bryteren til motoren, blir ankeret på kontaktoren trukket mot elektromagneten og lukker de åpne bryterne.

g

Kontaktpunktene A1 og A2 aktiverer elektromagneten i kontaktoren. Dette skjer når startbryteren trykkes inn:

rd

Transformatoren består av to viklinger og en jernkjerne. Strømmen som tilføres den ene spolen, lager et magnetfelt i jernkjernen, som i sin tur produserer strøm i den andre spolen. Slik transformeres en stor spenning til lavere spenning, eller motsatt.

Ku

n

til

vu

Kontaktoren kan også være utstyrt med et ekstra brytersett, som på denne figuren.

Kontaktor.


80

DEL 2 //

32

21

22

13

14

5

6

3

4

1

2

44

er in

31

43 31

32

21

22

13

14

rd

44

5

6

3

4

1

2

vu

43

g

Den stiplede linja på de to figurene viser det avtagbare brytersettet som inneholder to normalt åpne (NO) kontakter og to lukkede (NC). Når kontaktoren aktiveres (elektromagneten slår inn), vil NO-bryteren lukke og NC-bryteren åpne. Disse bryterne blir ofte koplet til et lyssignal som viser om motoren er i drift eller ikke.

Anker

A1

til

A2

A1

n

Elektromagneten er ikke aktivert.

A2

Elektromagneten er aktivert med spenning på A1 og A2.

Kontaktoren består av

Ku

• elektromagnetspolen, som koples til to faser med 24 V eller 230 V AC (kommer an på typen kontaktor), og skal koples til A1 og A2 • to spiralfjærer som løser ut elektromagneten når du kopler fra A1 og A2 • hovedkontakten (normalt åpen), der L1 i trefasenettet koples inn på «1» og gir spenning til «2», L2 koples inn på «3» og gir spenning til «4», og L3 koples inn på «5» og gir spenning til «6» når elektromagneten slår inn

• sluttekontakten (normalt åpen) med tilkoplinger 13–14. Den brukes til holdekontakt, og sitter på den avtagbare delen • bryterkontakter med tilkoplinger 21–22 og 31–32 (normalt lukket NC) • bryterkontakt med tilkopling 43–44 (normalt åpen NO)


Kapittel 1  /  Elektriske motorstyringer

81

Sluttekontakt og bryterkontakt er et ekstra sett brytere på denne kon­ tak­tor­en. De slår inn sammen med kontaktoren.

Motorvern

er in

For å unngå at det går for stor strøm til motoren, bruker vi et motorvern. Det stilles inn på den strømverdien som står på merkeskiltet til elektro­ motoren.

tidsforsinker: forsinker signalene

g

Det kan også monteres en tidsforsinker på kontaktoren der det er flere kontaktorer i samme system. Tidsforsinkeren kan hindre at to kontaktor­ er koples inn samtidig.

Motorvernet bryter kretsen når strømmen blir for stor, for eksempel dersom det er for stor belastning på motoren eller for stor startstrøm. For stor belastning kan skyldes defekte lagre i motoren, for stor aksel­ belastning, for høy temperatur eller at en fase i strømtilførselen faller ut.

Ku

n

til

vu

rd

Hovedstrømmen koples rett igjennom motorvernet, og kan ha tre ledere som skrus rett på kontaktoren, slik at kontaktor og motorvern henger sammen som en enhet. Det vil si at det går hovedstrøm fra L1 mellom kontaktpunkt 1 og 2, fra L2 mellom 3 og 4 og fra L3 mellom 5 og 6. Kontaktpunktene 95 og 96 har en NC-bryter mellom seg som slår ut dersom motoren blir overbelastet. I så fall bryter den styrestrømmen (se styrestrømskjemaet på side 84) slik at det ikke lenger går strøm til elektromagneten i kontaktoren, og motoren koples ut.

Motorvern.

motorvern: komponent som bryter kretsen når strømmen blir for stor


82

DEL 2 //

Sikringer En annen sikkerhet mot for stor strøm er sikringer. Det brukes mest automatsikringer. På figuren ser du en automatsikring for tre faser til hovedstrøm og en for to faser til styrestrøm med 230 V.

sikring: komponent mot for stor strøm i motoren

er in

g

En automatsikring erstatter ikke et motorvern. Elektromotorer kan ofte trekke opptil ti ganger større strøm ved oppstart enn ved normal drift, og derfor bør vi bruke sikringer. Det brukes også «trege sikringer» der startstrømmen er stor, for at sikringene ikke skal slå ut med en gang motoren starter. I dag brukes imidlertid «myk start-prinsippet», mye for å hindre den store startstrømmen. Sikringen vil også slå ut ved en eventuell kortslutning.

Ledninger og kabler

rd

Ledninger, kabler og ledere gir elektrisk forbindelse mellom elektriske komponenter og strømnettet. Lederen kan ha ett tverrsnitt, eller bestå av mange sammentvinnede ledere.

Automatsikring for tre faser.

vu

Begrepet elektrisk leder brukes om et materiale som leder strøm, mens en ledning er en isolert leder. En kabel er som en ledning med stort tverrsnitt, ofte ca. 10 mm2. Batterikablene på en bil og startkabler er eksempler på det. En kabel kan også være to eller flere ledere i en isolert kappe.

til

Tverrsnittet i lederne i motorstyringen må være tilpasset størrelsen på motoren. På merkeskiltet kan du lese av strømstyrken på motoren. Dersom motoren trekker 10 A, bør du helst velge neste størrelse på lederen, som er 16 A, altså en leder med tverrsnitt 2,5 mm2.

Ku

n

Automatsikring for to faser.

Tabellen nedenfor viser størrelsen på sikringen og anbefalt tverrsnitt på kabelen. Sikringsstørrelse

Tverrsnitt på kabel

10 A

1,5 mm2

16 A

2,5 mm2

20 A

4 mm2

25 A

6 mm2

36 A

10 mm2

40 A

10 mm2

50 A

10 mm2

56 A

16 mm2

63 A

16 mm2


Kapittel 1  /  Elektriske motorstyringer

83

Brytere Med brytere kan vi betjene styrestrømmen. • normalt åpen, NO «normally open», det vil si at kretsen er brutt • normalt lukket, NC «normally closed», det vil si at kretsen fører strøm

er in

Brytertyper

bryter: komponent som betjener styrestrømmen, slår strømmen på og av

g

Bryterne kan være av typen

Type

Farge

Ved betjening

Tilkoplingsnummer

Normalt åpen (NO)

Grønn

Start

1 og 2, 11 og 12, 21 og 22 osv.

Normalt lukket (NC)

Rød

Stopp

3 og 4, 13 og 14, 23 og 24 osv.

Ku

n

til

vu

rd

En normalt åpen bryter vil lukkes når den betjenes, og strømmen kan passere fritt. En normalt lukket bryter vil bryte strømmen i kretsen når den betjenes. Den blir brukt som stoppbryter.

Nødstoppbryter (NC) for sikkerhet.

Brytere til start og stopp.


DEL 2 //

Motorstyring HMS

g

Installasjon av elektriske komponenter Når vi skal installere elektriske komponenter, er det viktig å tenke på sikker­ heten.

er in

• Kople ferdig styrestrømmen og hovedstrømmen før du kopler til spenningen. • Slå av sikringene til den kursen som går til koplingsskapet for motorstyring­ en, før du setter kontakten i støpselet. • Sikkerhetsbrytere som kan låses, skal låses. Heng opp et skilt på sikrings­ skapet der det foregår arbeid på elektriske anlegg.

rd

• Når styrestrømmen og hovedstrømmen er forsvarlig koplet og kontrollert av en person med godkjent fagbrev i elektrofaget, kan støpselet settes i. Sikringene kan settes på og skiltet fjernes. Før du begynner installasjonen: Pass på at det ikke er spenning på anlegget! Mål med et voltmeter dersom du er usikker, og husk å stille inn på riktig skala.

vu

Hovedstrømmen og styrestrømmen til motoren kan koples som vist på dette skjemaet.

Hovedstrøm

Styrestrøm

1

Automatsikring

-F1

L

-X1:7 1

95

-F4

L1

-F3 2

til

2

-A1

n

-A2

-X1:10 3

3

13

Startbryter

14

4

6

1

2

3

2

4

6

1

2

3

2

4

6

Kontaktor

Motorvern

U

-A1

V

W

L1

L2

L3

1U 2U

1V 2V

1W 2W

-K1

Kontaktor holdebtyter

-A2

Motor Rekkeklemme punkt

4

-X1:4 -X1:5 -X1:6

-X1:11

-X1:12

13

-X1:1

2

-F3

-S2

4

14

3

2

2

-K1

-X1:3

2

-K1

-S1

Stoppbryter

-S1

-X1:1 -X1:2 1

96 1

-S1

L3

Automatsikring

96

1

L2

-F1

95

-F4

Motorvernbryter

Ku

84

N

-X1:8 3 -F3

M1 3

4 Koblingsboks


Kapittel 1  /  Elektriske motorstyringer

85

Automatsikringene setter vi på manuelt ved å vippe opp bryterne. Kon­taktor­en slår inn når kontaktpunktene A1 og A2 aktiveres av styrestrømmen.

er in

Styrestrømmen

g

Vi ser av skjemaet at motoren får strøm fra ledningene i trefasenettet (L1, L2 og L3) gjennom automatsikringene, motorvernet og kontaktoren når alle bryterne i hovedstrømmen er lukket.

rd

Styrestrømmen skal aktivere kontaktpunktene A1 og A2 på kontaktoren. Det skjer slik: Kontaktpunkt A2 er koplet til én fase (L2) hele tiden, eller til N dersom det er et 400 V-anlegg. For å få strøm til den andre siden av kontaktoren, slik at den aktiveres, må vi trykke inn startbryteren (S2). Da er alle bryterne fram til kontaktpunkt A1 lukket, og kontaktoren aktiveres. Samtidig aktiveres holdefunksjonen over 13 og 14 på kontaktoren (K1), slik at strømmen kan gå igjennom denne veien selv om startbryteren koples ut. Kontaktoren slår samtidig inn bryterne til de tre fasene som går til motoren, slik at den starter.

vu

Går motoren feil vei, kan vi endre det ved å bytte om L1 og L2, L2 og L3 eller L1 og L3. Pass også på å kople jordledningen (som regel gul og grønn) til godset på motoren og til rett plass i kontakten. Jordledningen er der for at strømmen skal gå til jord i stedet for gjennom kroppen dersom det er feil i motoren. Hvis strømmen har overslag til jord, kan det ellers komme strøm til godset på motoren.

Symbol for jording.

til

Arrangement til komponentene i motorstyring Det er viktig å ha et godt og oversiktlig system der ledninger og kompo­ nenter er godt festet og lett tilgjengelige. Ofte brukes et sikringsskap til hele arrangementet av kontaktorer, motorvern og rekkeklemmer.

n

En arrangementstegning viser hvor motorer, brytere, lamper, kontaktorer og andre komponenter er plassert i forhold til hverandre. Den er et fint hjelpemiddel når du skal planlegge og montere et anlegg.

Ku

Rekkeklemmer er skjøtekontakter som gjør at du kan kople til og fra komponenter uten å måtte klippe ledninger. De er praktiske dersom du skal bygge om eller kople opp en ekstra nødstoppbryter eller et driftslys.

rekkeklemme: skjøtekontakt


DEL 2 //

Figuren viser en måte å arrangere komponentene på, og gir en oversikt over hvordan rekkeklemmene skal koples. Arrangementstegning

Rekkeklemmetabell

Arrangementstegning

Rekkeklemmetabell

g

F2

K1 K3

X1:1X1:1 X1:2X2:2 X1:3X1:3 X1:4X1:4 X1:5X1:5 X1:6X1:6

Styrestrøm Stytestrøm L L X1:7X1:7 N N X1:8X2:8 F4:96F4:96 X1:9X1:9 X1:10 S2:3 S2:3 X1:10 K1:14 X1:11 K1:14 X1:11 S2:4 X1:12 S2:4 X1:12

rd

X1

L1, L2, L3

Hovedstrøm Hovedstrøm L1 L1 L2 L2 L3 L3 M1:U1 M1:U1 M1:V1 M1:V1 M1:W1 M1:W1

S1

F3:1 F3:1 F3:3 F3:3 S1:1 S1:1 Q1:13 K1:13 S2:4 S2:4 Q1:A1 K1:A1

S2

vu

K˜ 3 fase

F1:1 F1:1 F1:3 F1:3 F1:5 F1:5 F2:2 F2:2 F2:4 F2:4 F2:6 F2:6

er in

F1

til

F1 er automatsikringene til hovedstrømmen. De tre fasene fra trefasenettet koples til hoved­ strømmen til motoren på X1 (rekkeklemmene), der L1, L2 og L3 koples til punkt 1, 3 og 5 på F1 gjennom kontaktpunkt 1, 2 og 3 på X1.

n

F2 er motorvernet. De tre fasene U1, U2 og U3 på motoren (M1) koples til kontaktpunkt 2, 4 og 6 på motorvernet gjennom kontaktpunkt 4, 5 og 6 på X1. Styrestrømmen koples fra L og N på nettet til automatsikringen F3 gjennom kontaktpunkt 7 og 8 på rekkeklemma.

Ku

86

Kontaktpunkt 96 på motorvernet (F2) koples til stoppbryteren (S1) gjennom kontaktpunkt 9 på X1.

Holdekontakten (13) på kontaktoren koples til kontaktpunkt 3 på startbryteren (S2) gjennom kontaktpunkt 10 på X1. Punkt 4 på startbryteren (S2) koples til holdekontakten (14) på K1 (kontaktoren) gjennom kontaktpunkt 11 på X1. A1 på kontaktoren koples til kontaktpunkt 4 på startbryteren gjennom kontaktpunkt 12 på X1. Resten av ledningene til hovedstrøm og styrestrøm koples direkte mellom komponentene slik skjemaet viser.


Kapittel 1  /  Elektriske motorstyringer

87

Dreieretningsvender Dreieretningen på motoren kan endres ved å kople opp kontaktorene slik at to av tre faser bytter plass gjennom en ekstra kontaktor (-K2). Dette krever forrigling, som vil si at du ikke kan starte motoren i begge retninger samtidig. Det betyr at holdekontakten på -K1 skal slå ut når kontaktor -K2 slår inn, og holdekontakten på -K2 skal slå ut når kontaktor -K1 slår inn.

L2

Styrestrømskjema

L3

L

-X1:7

1

-X1:1 -X1:2 1

2

g

er in

Hovedstrømskjema L1

forrigling: det at motoren ikke kan startes samtidig i begge retninger

3

2

95

-F3

2

4

6

1

2

3

2

4

6

96

-A2

-K2

1

2

3

-F3 2

4

6

-A2

3

2

4

6

1

-S1

2

-X1:10

3 -S2

-X1:12

n

13

-K2 4

14 -X1:13 -K1

-A1

-K1

N

3 -F2 -X1:8

Hovedstrømskjema og styrestrømskjema for dreieretningsvender.

4

-A1

-K2 -A2

13

3 -S3

-K2

M1 3

Ku

-X1:11

-K1 4

til

-X1:4 -X1:5 -X1:6

-A1

2

vu

-K1

-A1

rd

-X1:19

1

-A2

14


DEL 2 //

Du kan sette opp komponentene etter skjemaet, og kople rekkeklem­ mene etter samme prinsipp som når du kopler opp uten dreieretnings­ vender. Rekkeklemmetabell

Arrangementstegning

Rekkeklemmetabel Hovedstrøm L1

L1

X1:1

F2

L2

L2

X1:2

L3

L3

M1:U1 M1:V1

K1

X1:1

F1:1

F1:1

X1:2

F1:2

F1:3

X1:3

X1:3

F1:3

F1:5

M1:U1 X1:4 M1:V1

X1:4

F1:4

F3:2

M1:W1

X1:6

er in

F1

Hovedstrøm

g

Arrangementstegning

M1:W1

K2

X1:5 X1:6

X1:5

F1:5 F1:6

F3:4 F3:6

Styrestrøm

F3

Systemstrøm

L

X1:7

L

N

X1:8

K3

K4

L1, L2, L3

vu

K1

S1

n

til

M 3 fas

X1:7

F4:96 X1:8 S2:3

X1:10

S3:3

X1:11

rd

N

F4:96

Ku

88

X1:9

X1:9

F2:1

F2:1 F2:3

S1:1

F2:3

S1:1

K1:13 K2:13

S2:3

K2:14 X1:10

X1:11 Q1:13

S4:4

S3:3

S4:3 X1:11

X1:12 Q2:13

K1:13

Q2:14

K1:14 X1:11

X1:13

S4:4

S4:4

S4:3

X1:12

Q1:13

Q1:14

X1:13

S4:4


Kapittel 1  /  Elektriske motorstyringer

89

Oppsummering Elektromagneter brukes i kontaktorer og releer for å styre en større strømforbruker ved hjelp av en liten styrestrøm.

Sikringer og motorvern brukes for å hindre overbelastning.

Brytere brukes til å slå styrestrømmen av eller på.

Styrestrømmen brukes til å slå hovedstrømmen av eller på.

er in

g

Oppgaver

Repetisjon 1 Hvordan virker en elektromagnet? 2 Hvilke bruksområder har en elektromagnet?

4 Forklar hva en styrestrøm brukes til.

rd

3 Hvilken oppgave har en kontaktor?

1 Kople opp hoved- og styrestrømskjema for motorstyring av en asynkronmotor i samarbeid med en eller flere elever. Bruk arrangements­ tegningen og rekkeklemmetabellen på side 86. Følg sikkerhetsinstruksjonene og HMS-reglene som er nevnt i dette kapitlet, om blant annet å slå av strømmen før du kopler og henger opp skilt. Be læreren om råd dersom noe er uklart.

5 Hvilke komponenter inngår i en styrestrøm­ krets og i en hovedstrømkrets?

vu

6 Hvilke forholdsregler må vi ta når vi kopler motorstyringer?

7 Forklar hvordan hovedstrømmen i en motor­ styring blir styrt av styrestrømmen (forklar gjerne ut fra et skjema).

Ku

n

til

8 Hva menes med forrigling?

2 Kople opp en asynkron motor med dreie­ retnings­vender i samarbeid med en eller flere elever. Bruk arrangementstegningen og rekke­ klemmetabellen på side 88. Følg sikkerhets­ instruksjonene og HMS-reglene. Be læreren om råd dersom noe er uklart. a Kople opp etter hoved- og styrestrømskjema for en dreieretningsvender. b Hva skjer når du trykker på en av start­ knappene? c Trykk på stoppknappen, og deretter den andre startknappen. Hva skjer? d Fungerte koplingen som forventet?


g rd

MÅL

er in

2 Pneumatikk

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du

kjenne til farer og verneregler knyttet til arbeid på pneumatiske anlegg

vu

forstå hva trykkluft er, og hvordan den blir produsert forstå begrepet trykk

kjenne til bruksområder for trykkluft (pneumatikk) kjenne til kompressoren og pneumatikkanlegg forstå symboler og kople opp enkle pneumatiske systemer

til

kunne velge sylindere og arbeidsenheter ut fra hva de skal brukes til

Ku

n

Pneumatikk handler om å overføre kraft og bevegelse ved hjelp av trykkluft. Trykkluft er luft som er blitt komprimert ved hjelp av en kompressor, og som i de fleste tilfeller lagres på en tank. Trykkluft blir også brukt i bremsesystemet på vogntog, busser, lastebiler og tog.


Kapittel 2  /  Pneumatikk

91

HMS

• Pneumatiske anlegg må bare koples opp etter instruksjon og veiledning av en lærer.

er in

• Hvis du skal kople opp systemer som inneholder elektrisk styrt pneumatikk, skal rommet ha en nødstoppbryter.

g

Kopling av pneumatiske anlegg Når du skal kople et pneumatisk anlegg på et treningssystem på skolen, må du sette deg inn i sikkerhetsinstruksene fra produsenten. Her er de viktigste sikkerhetsreglene:

• På grunn av trykket i systemet kan slangene slå kraftig rundt seg dersom de løsner fra komponentene de er koplet til. Bruk derfor alltid vernebriller og personlig verneutstyr. • Ikke bruk større trykk på anlegget enn det som leverandøren av utstyret har fastsatt.

Ku

n

til

vu

rd

• Pass på når du setter trykk på anlegget. Sylindere og motorer kan gjøre brå bevegelser idet du setter luft på. Bevegelige deler som kan føre til klemfare, slag eller fare ved rotasjon, for eksempel fra en sylinder eller en pneumatisk motor, skal ha deksel.

Pneumatisk anlegg.


92

DEL 2 //

Komprimering av luft

g

Trykkluft blir mye brukt i automatiserte arbeidsoperasjoner. I verksteder brukes trykkluft til luftverktøy, lakkeringsutstyr, sandblåsing osv. Frisk­ luftmasker til sveisere koples også til trykkluft, og da trengs det et spesielt filtersystem for å rense lufta. Når det fylles luft i en beholder eller en tank, blir lufta komprimert ved at luftmolekylene presses tettere sammen. Maskinen vi bruker til det, kalles kompressor.

komprimere: presse sammen

Den komprimerte lufta lagres i en tank eller en beholder på samme måten som når vi pumper opp et sykkeldekk. Slangen i dekket er en slags trykkluftbeholder. Pumpa gjør arbeidet med å komprimere lufta, slik at luftmolekyler blir presset inn i slangen. Trykket øker da inne i slangen. Ventilen i slangen sørger for at lufta ikke går ut igjen når vi trekker håndtaket på pumpa tilbake for å fylle opp med luft til neste støt.

HMS

Ut

vu

Luft inn

Trykkluft

Komprimert luft

Ventil

Slange

Ventilen åpner når det står trykkluft på den, og den lukker ved hjelp av en returfjær

til

Luftslanger Bruk aldri luftslanger som er beregnet på verktøy og maskiner, til å føre luft til en friskluftmaske eller annet utstyr som krever ren luft uten forurensing! Slangene må ikke ha sprekker. Sjekk at hurtig­ koplinger eller verktøy som er koplet til slangene, sitter godt fast med slangeklemmer.

rd

er in

kompressor: maskin som presser luft inn i en beholder

Trykk

Prinsippet for en sykkelpumpe.

Ku

n

Trykkluftanlegg Trykkluftanlegg har noen fordeler – og noen ulemper – sammenliknet med elektriske, mekaniske og hydrauliske anlegg.

Fordeler med trykkluftanlegg • Delene i anlegget er forholdsvis rimelige i innkjøp og har lang levetid. • Luft finnes nærmest overalt. • Anlegget er driftssikkert, enkelt i bruk og kan lagres på tanker og beholdere. • Det er brannsikkert og miljøvennlig. • Det er enkelt å feilsøke i.


Kapittel 2  /  Pneumatikk

93

• Det er kort reaksjonstid på styreenheter og raske arbeidsbevegelser på arbeidsenheter. • Anlegget kan brukes også ved høye temperaturer.

• Det er vanskelig å oppnå en jevn arbeidsbevegelse på blant annet sylindere ved variert belastning.

er in

• Trykkluft er forholdsvis dyrt å produsere.

g

Ulemper med trykkluftanlegg

• Lufta må filtreres på forskjellige måter, avhengig av hva den skal brukes til.

• Det er høyt støynivå, men dette problemet er stort sett løst med god støydemping.

Trykk og trykkmåling

rd

Når det stadig kommer mer luft i en tank eller beholder, oppstår det et trykk.

vu

Vi måler trykket i et pneumatisk anlegg med et manometer. Et manuelt manometer har viser og skala, slik at du kan lese av trykket.

Ku

n

til

Det finnes også digitale trykkmålere som koples rett inn på slangen, røret eller komponenten som du ønsker å overvåke trykket på.

Trykk måles med et manometer.

trykk: forholdet mellom en kraft som virker vinkelrett på en flate, og arealet av flaten manometer: trykkmåler, måler trykket eller kraften i et pneumatisk anlegg


DEL 2 //

Når vi snakker om trykk i hverdagen, er det egentlig overtrykk det dreier seg om. Det vil si hvor mye høyere trykket er enn det vanlige lufttrykket, som er 1 atmosfære. Atmosfæretrykket kalles også normaltrykket. Et manometer er nullstilt på atmosfæretrykket, slik at vi i virkeligheten måler overtrykk med dette instrumentet.

atmosfæretrykk: hvor stort trykket er over normaltrykket

g

Alt trykk som er lavere enn atmosfæretrykket, kaller vi vakuum eller undertrykk. Absolutt vakuum betyr at trykket er lik null.

er in

Overtrykk

Normaltrykket + overtrykket kalles absolutt trykk.

Normaltrykk

Undertrykk (vakuum)

Atmosfæretrykket (atm) er det lufttrykket som er på jordoverflaten. Det er vekten av lufta fra bakken opp til den ytre grensen av atmosfæren. Det vil si at atmosfæretrykket varierer med posisjonen og tiden, fordi mengden – og dermed vekten – av lufta over jorda også varierer. Atmos­færetrykket er ca. 50 % av normaltrykket i en høyde på 5 km. Det betyr at omtrent halvparten av atmosfærens masse finnes i de nederste 5 km. Gjennom­ snittlig atmosfæretrykk ved havnivå er omtrent 1013 hPa (hektopascal).

vu

Trykk i bar 1/100 000

rd

94

Ionosfæren

1/10 000

350 km

Mesosfæren

til

90 km

1/1000 1/100 1/10

Ozonlaget

n

Troposfæren

Ku

50 km

Tropopause

1

Trykket ved forskjellige høyder i luftlaget.

18 km

14 km Jorda

Stratosfæren


Kapittel 2  /  Pneumatikk

95

Vi oppgir atmosfæretrykket i millibar (mb) eller hektopascal (hPa). De mest brukte målenhetene for trykk er • bar

g

• pascal (Pa), som er lik newton/m2. Trykket blir ofte oppgitt i MPa – megapascal – som betyr 106 Pa. 1 MPa = 10 bar

er in

• psi «pounds per square inch» (pund per kvadrattomme). 1000 psi = 68,95 bar

• atm (atmosfære), som er atmosfærens trykk ved jordoverflaten. 1 atm = 1,013 bar

Volumet av lufta øker med temperaturen

rd

I lufta øker volumet med 1/273 for hver celsiusgrad vi øker temperaturen (Charles’ lov).

vu

p __ ​​   ​​ = konstant, når gassmengden og volumet ikke endres T P er trykk, og T er absolutt temperatur

Luft kan komprimeres

Formelen er

til

Boyle-Mariottes lov sier at produktet av trykk og volum er konstant for en gitt gassmengde eller luftmengde når temperaturen er konstant.

n

p1 · V1 = p2 · V2 = p3 · V3 = konstant

Ku

Vi skal illustrere dette nærmere. Vi har et gitt volum V1 med gass eller luft i en sylinder, og en viss kraft F1 trykker på stempelet. Da er trykket p1. Når stempelet presses ned med en litt større kraft, F2, får vi et mindre volum, V2, og et større trykk, p2. Øker vi kraften enda mer, til F3, vil volumet minke til V3, og trykket øker ytterligere til p3. Produktet av trykk og volum er likt i de tre tilfellene.

F1

V1

Trykk p1

F2

V2 Trykk p2

F3

V3 Trykk p3

Produktet av trykk og volum er likt i hvert eksempel.


DEL 2 //

EKSEMPEL

F1

F2

V2

TrykkP

1

TrykkP

2

vu

Løsning

rd

V1

er in

g

Vi har en sylindrisk beholder med et stempel. Før vi presser stempelet ned, har beholderen et volum på V1 = 100 000 mm3 og et trykk på p1 = 3 bar. Temperaturen er konstant 20 °C. Vi presser stempelet ned og får et volum på V2 = 50 000 mm3. Hvor stort blir trykket p2 da?

(p2 · V1) __________ (3 · 100 000) p1 · V1 = p2 · V2 p2 =______ ​​   ​​     =   ​​   ​​  = 6 bar V2 50 000

til

Dette viser at trykket blir akkurat dobbelt så stort når volumet blir halvert, det vil si at trykket øker fra 3 til 6 bar.

n

Kompressorer

Ku

96

Kompressoren er den enheten der lufta blir komprimert (presset sammen), og er «pumpa» i systemet. Vi velger typen kompressor ut fra • hvor stort lufttrykk vi trenger i bar • hvor mye luft kompressoren kan levere i liter per minutt • støynivået • økonomiske og miljømessige hensyn, blant annet strømforbruk og oljeforbruk


Kapittel 2  /  Pneumatikk

97

HMS Når du bruker kompressoren

g

• Sjekk filter og slitedeler med jevne mellomrom og følg anbefalte intervaller for vedlikehold av større kompressorer.

Varselskilt.

• Les bruksanvisningen nøye før du plasserer, bruker eller kopler til kompressoren. Kompressoren må bare brukes med spenningen som er oppgitt på typeskiltet. • Kompressoren er tilkoplet elektrisk spenning som kan gi strøm gjennom kroppen. • Kople fra strømtilførselen før du gjør arbeid eller vedlikehold på kompressoren.

er in

• Pass på at oljepåfyllingslokket er på plass før første gangs bruk, og sjekk oljenivået. • Trykkregulatoren (pressostaten) er innstilt for maksimal sikkerhet fra fabrikken. Ikke endre fabrikkinnstillingene.

• Bruk ledninger og trykkluftverktøy som er egnet for et trykk som er høyere eller likt kompressorens driftstrykk.

• Plutselig start på kompressoren, for eksempel etter et strømbrudd, kan føre til farlige situasjoner.

• Ikke rett trykkluftstrålen mot personer eller dyr. Den kan føre til skader.

vu

rd

• Vær oppmerksom på varme overflater som kan gi brannskader.

• Hvis kompressoren avgir merkelige lyder eller sterke vibrasjoner under bruk, eller du tror den kan være defekt, må du slå den av og få den undersøkt før du bruker den igjen.

til

Her skal vi ta for oss stempelkompressoren og skruekompressoren, og se nærmere på hvordan de virker.

Stempelkompressor

Stempelkompressoren er mest vanlig i hjem og i mindre verksteder.

Ku

n

Stempelkompressoren er en fortrengningskompressor. Det betyr at lufta stenges inne og presses sammen, slik at trykket øker. Den enkleste kompressoren er en ett-trinns kompressor. For å oppnå høyere trykk trenger vi en totrinns kompressor. I den blir lufta som allerede er komprimert, komprimert på nytt i neste sylinder for å øke trykket. Det finnes også tretrinnskompressorer, firetrinnskompressorer osv. som gir enda høyere trykk. En ett-trinnskompressor fungerer slik: En motor driver veivakselen rundt. Fordi veivstanga beveger seg eksentrisk, vil den skyve stempelet opp og ned når veivakselen roterer.

Stempelkompressor.


98

DEL 2 //

eksentrisk: som er utenfor sentrum

At noe er eksentrisk, betyr at det ikke er i sentrum. Når vi sykler, beveger pedalene seg eksentrisk i forhold til sentrumet på pedalakselen.

Luft inn

Stempel

Komprimert luft ut

Stempel

Veivstang

Veivstang Veivaksel

rd

Veivaksel

er in

g

Når stempelet begynner å gå nedover i sylinderen, åpnes ventilen for innsuging av luft. Når stempelet er nede, stenges innsugingsventilen. Når stempelet begynner å gå oppover igjen, åpner den andre ventilen, slik at det skyves mer og mer luft inn til tanken. Ventilene ser for­ skjellige ut, og de kan bestå av en tynn, bøyelig plate som stenger lufta i én retning.

Rotasjonsretning

vu

Rotasjonsretning

Stempelet går nedover.

Stempelet går oppover.

Skruekompressor

konkav: som krummer innover

Ku

n

til

konveks: som krummer utover

Skruekompressoren blir også kalt en roterende fortrengnings­ kompressor. Den skyver lufta med akselretningen (aksialt) gjennom kompressorhuset ved at to skruer med henholdsvis konkav og konveks profil presser lufta framover i en jevn luftstrøm. Mer og mer luft presses inn, for eksempel i en tank, og blir på den måten komprimert mer og mer etter hvert som tanken fylles opp av stadig mer luft. Fordelen med en skruekompressor framfor en stempelkompressor er at den lager lite støy og kan levere en stor luftmengde. Inn

Ut

Skruekompressor.


Kapittel 2  /  Pneumatikk

HMS Ikke blås mot andre med blåsepistolen. Lufta fra kompressoren inneholder oljedamp som ikke skal pustes inn, og luft med stort trykk kan skade mennesker.

Skruekompressor med kabinett og kjølesystem.

Skruekompressor med kjølesystem

er in

g

Skruekompressoren er ofte innebygd i et støydempet kabinett med en kjøler som hindrer at det kommer kondens i tanken.

99

kondens: gass som blir til væske fordi den blir avkjølt eller komprimert under høyt trykk

A

D

F

vu

B

rd

De fleste kompressorer i industrien har et kjølesystem som hindrer kondens i luftsystemet under denne prosessen. Se figuren nedenfor.

E

til

C

Flytskjema som viser prosessen 1–6.

n

1 Luft fra omgivelsene blir sugd gjennom filteret og inn i kompressor­ kammeret.

Ku

2 Skruebladene komprimerer lufta ved å redusere klaringen mellom hvert blad. En oljedråpe tilføres kompre­ sjons­kammeret for å kjøle ned og smøre kompressoren. Nå inneholder kammeret varm, komprimert luft med oljedamp. 3 Den varme, komprimerte lufta med oljedamp passerer så gjennom ventilen, som slipper luft bare én vei inn i oljeseparatoren.

D

A

Luftinntak

B

Luft/olje blanding E

C

Olje

F

Fuktig komprimering Kondensering Tørket komprimering

4 I oljeseparatoren skilles det meste av oljen ut av den komprimerte lufta, for så å sirkulere tilbake og smøre kompressoren. 5 Når trykket i oljeseparatoren har nådd innstilt trykk, åpner en ventil for den oppvarmede trykklufta, slik at den kommer videre til etterkjøleren. 6 Gjennom etterkjøleren blir lufta nedkjølt og kan brukes som trykkluftkilde. Skruekompressor med kabinett og kjølesystem.


100 DEL 2 //

Trykktanken Trykktanken er lagringsenheten for luft, og kalles også reservoar. Når lufta komprimeres, føres den inn i tanken, og trykket øker etter hvert som ny luft blir komprimert.

trykktank: lagringsenhet for luft

er in

g

Når det ønskede trykket er nådd, sørger en regulator (pressostat) for at kompressoren blir slått av. Bruker vi trykkluft til å drive for eksempel en spikerpistol, vil trykket i tanken synke. Da vil regulatoren starte kompressoren igjen.

Ku

n

til

vu

rd

I lufta er det fuktighet. Når lufta har en temperatur på 20 °C, inneholder en kubikkmeter luft 17,3 gram vann. Dette vannet blir skilt ut når lufta blir komprimert. Dersom kompressoren ikke har et system som behandler lufta videre, samles det vann i bunnen av tanken. Vi kan tappe det ut med en tappekran. Det bør vi gjøre regelmessig, blant annet for å forebygge korrosjon.

Komplett totrinnsstempelkompressor med tank.


Kapittel 2  /  Pneumatikk 101

Anlegget i verkstedet

6

7

9

8

g

Figuren viser hvordan trykkluftanlegget i et verksted kan se ut. Her er det vist et røropplegg som er tilkoplet forskjellig utstyr.

14

15

1

5

er in

13

1

2

5

5

8a

9

12

8a

7

16

11 11

6

3

11

vu

16

rd

6

til

1 Hovedrør 7 Luftfilter 2 Vannutskiller 8 Tåkesmører 3 Dreneringsrør 8a Dråpesmører 7 Luftfilter 1 Hovedrør 4 Dreneringsventil 9 Trykkreduksjonsventil 5 Forgreningsrør 10 Trykkreduksjonsventil 8 Tåkesmører 2 Vannutskiller 6 Avstengningsventil med luftrensing

11

4 11 Hurtigkopling 12 Luftslange 13 Spiralslange 11 Hurtigkopling 14 Løypestreng 15 Klokopling 12 Luftslange 16 Rørmuffe

13 Spiralslange

8a Dråpesmører

4 Dreneringsventil

9 Trykkreduksjonsventil

14 Løypestreng

10 Trykkreduksjonsventil med luftrensing

15 Klokopling

n

3 Dreneringsrør

5 Forgreiningsrør

Ku

6 Avstengningsventil

16 Rørmuffe

10

Trykkluftanlegg.


102 DEL 2 //

Luftbehandlingsenheter

Luftsylinder Drill

g

Luftbehandlingsenheter er utstyr som renser lufta for smuss, eller som tilsetter smøremiddel for å gi best mulig tilpasning til forskjellige bruksområder. Ofte er det unødvendig med vannutskiller fordi det oppstår kondens i systemet som kan tappes. Figuren viser en luftbehandlingsenhet som består av

er in

• kombinert luftfilter og kondensutskiller • trykkreduksjonsventil

rd

• tåkesmører

Ventil Trykkreduksjonsventil

vu

Luftfilter

Symboltegning

Tåkesmører

til

Fra trykktank

TÅKESMØRER

n

LUFTFILTER

Ku

Filter

Oljetåke TRYKKREDUKSJONSVENTIL Olje

Kondensvann og faste partikler

Tappekran

Tilsvarer luftfilter, trykkreduksjonsventil og tåkesmører på forrige figur.


Kapittel 2  /  Pneumatikk 103

Luftfilteret skiller ut faste partikler og vann. Faste partikler og vann er svært skadelig for tilkoplet utstyr. Når lufta blir komprimert, blir fuktigheten skilt ut som vanndråper.

er in

Trykkreduksjonsventilen (trykkregulatoren) minsker trykket fra trykktanken og holder det stabilt. Trykket justeres etter behov, slik at utstyret som blir koplet til, får passelig arbeidstrykk.

luftbehandlingsenhet: utstyr som renser lufta og tilsetter smøremiddel

g

Lufta kommer fra trykktanken, går gjennom luftfilteret, trykkreduksjonsventilen og tåkesmøreren, og så videre til det luftdrevne utstyret (drillen).

Tåkesmører: Flere typer trykkluftutstyr har bevegelige deler som trenger smøring. Når lufta passerer tåkesmøreren, får den tilført små dråper olje, som blir forstøvet i luftstrømmen. Av miljøhensyn blir det nå laget pneumatisk utstyr med selvsmurte lagringer. Da er det unødvendig med smøreapparat.

vu

rd

På noen systemer er det et separat system som er skilt fra resten av verkstedet eller produksjonen. Da brukes ofte en regulator med eget filter som har manuell drenering, i dette tilfellet med en 3/2 åpne/ lukke-ventil.

1,1

1,0

Ku

n

til

2

1 3

Regulator med filter og innebygd 3/2-retningsventil for luft av/på.


104 DEL 2 //

Repetisjon 7 Hva er fordelen med en skruekompressor?

2 Hva menes med overtrykk og undertrykk?

8 Hva skjer i en tåkesmører?

3 Hva er et manometer?

9 Hvorfor benyttes luftfilter i et pneumatisk anlegg?

4 Hva skjer med trykket når temperaturen øker?

g

1 Nevn noen av bruksområdene for pneumatikk.

10 Hva brukes en trykkregulator til?

er in

5 Hvilken oppgave har en kompressor?

11 Hvordan fungerer en pressostat?

6 Hva er forskjellen mellom en vanlig stempelkompressor og en membran­ kompressor?

12 Hvilke farer er forbundet med arbeid på pneumatiske anlegg?

rd

Arbeidsenheter

vu

En pneumatisk arbeidsenhet er den eller de delene av anlegget som utfører et arbeid. De fleste arbeidsenhetene er sylindere for rettlinjet bevegelse eller overføring fra rettlinjet til roterende bevegelse, eller pneumatiske motorer.

Pneumatiske sylindere Sylinderen er en pneumatisk arbeidsenhet. Den styres av en styreenhet (ventil). En pneumatisk arbeidsenhet utfører et arbeid ved hjelp av trykkluft, for eksempel i sylindere, motorer og luftverktøy, som vi sier er forbrukere av trykkluft.

Ku

n

til

pneumatisk arbeidsenhet: arbeidsenhet som utfører arbeid ved hjelp av trykkluft

En pneumatisk sylinder består av en sylinderdel, en framgavl, en bakgavl og et stempel med stempelstang og pakninger. Den kan også være utstyrt med demping mot slag innvendig. Når vi setter luft inn på bakgavlen, vil stempelet med stempelstanga bevege seg i plussretning i sylinderen. Kammeret bak stempelet kaller vi plusskammer, og avluftingen må skje ut fra framgavlen gjennom anslutningsporten ved minuskammeret.


Kapittel 2  /  Pneumatikk 105

Anslutningsport Plussbevegelse

Justeringsskrue

Justeringsskrue Framgavl

g

Sylinder Stempelstang

er in

Stempel Avslutningsport Bakgavl

rd

Prinsipp og symbol for en dobbeltvirkende sylinder.

vu

Setter vi luft på plussporten i framgavlen, vil stempelet med stanga bevege seg i minusretning, og stempelstanga vil trekke seg innover i sylinderen. Kammeret nærmest framgavlen kaller vi minuskammer. Avluftingen skjer da ut fra bakgavlen gjennom minusporten. Stempelflate som kraften virker på (A)

til

Stempelkraft (F)

Trykk (p)

Fortrengt luft

Ku

n

Stempelstanga går i plussretning når vi kopler lufttrykket på minusporten i bakgavlen.

Enkeltvirkende sylinder Den enkeltvirkende sylinderen har bare én port inn. Den kan være plassert enten i framgavlen eller i bakgavlen, slik at den enten trekker eller skyver. En fjær sørger for at stempelet returnerer til den opprinnelige stillingen.


106 DEL 2 //

Dobbeltvirkende sylinder En dobbeltvirkende sylinder kan arbeide i både plussretning og minusretning. Men den er sterkest i plussretningen fordi stempelstanga tar opp litt av stempelarealet i minuskammeret.

er in

g

Når vi setter luft på plusskammeret, går stempelet i plussbevegelse og slipper ut luft fra minuskammeret. Når vi setter luft på minuskammeret, går stempelet i minusbevegelse og slipper luft ut fra plusskammeret. Sylinderen kan altså utføre arbeid i begge retninger.

rd

En dobbeltvirkende sylinder med gjennomgående stempelstang arbeider med like stor kraft i begge retninger, fordi den har like stort arbeidsareal på begge sider av stempelet. Den brukes blant annet på maskinbord og til å bevege noe fram og tilbake. Dessuten kan vi benytte signalgivere i begge ender av sylinderen.

vu

Enkeltvirkende sylinder

Dobbeltvirkende sylinder

til

Enkelt- og dobbeltvirkende sylinder er de mest brukte innen grunnleggende pneumatikk.

Ku

n

Sylinder uten stempelstang Kraften fra stempelet blir overført til utsiden av sylinderen, og er like stor i plussretning som i minusretning. Vi får utnyttet hele arealet av stempelet fordi det ikke er noen stempelstang.

Vrisylinder I vrisylinderen er stempelstanga en tannstang. Tannstanga overfører den lineære bevegelsen mellom stempelstanga og et tannhjul, som lager en roterende bevegelse på akselen på toppen. Se tredje figur ovenfra i oversikten over sylindere på side 107. Vrisylinderen brukes der vi vil gjøre en lineær bevegelse om til en roterende bevegelse.


Kapittel 2  /  Pneumatikk 107

Belgsylinder

Gripesylinder

er in

Gripesylinderen brukes til å ta tak i ting, gripe fast og slippe. Den finnes i både dobbeltvirkende og enkeltvirkende sylindere.

Belgsylinder

vu

til

Gripesylinder

rd

Sylinder uten stempelstang

Vrisylinder

n

Sylinder med gjennomgående stempelstang

Andre typer pneumatikksylindre.

Ku

g

Denne sylinderen fungerer som et bildekk som blåses opp. Når trykket øker inne i belgen, utvider den seg, og vi bruker utvidelseskraften til å utføre et arbeid.

Utstyr til sylinderen For å kunne feste sylinderen slik at den kan utføre et arbeid, trenger du ekstra utstyr til selve sylinderen. Dersom sylinderen ikke er festet til noe, har den ikke noe mothold og blir dermed bare hengende i lufta. Du velger festeutstyr ut fra hva slags bevegelse sylinderen skal ha. Til å feste en sylinder brukes lagerbukker, dreiefestinger og flensmontering.


108 DEL 2 //

Stempelkraft til en sylinder

g

Festeutstyr som brukes på stempelstanga, kan være gaffelhode, leddhode, fleksikoplinger og stempelstangmutter. Dersom sylinderen skal bevege seg i vinkel, kan du for eksempel ikke ha et fast feste som låser sylinderen i en bestemt vinkel.

F=p·A

er in

Vi skal se på hvordan vi kan regne ut stempelkraften til en sylinder. Vi bruker formelen

F = kraften i newton (N)

p = trykk i N/mm2 (1 bar = 0,1 N/mm2) A = arealet i mm2

rd

Festeutstyr til en sylinder.

Når vi skal regne ut arealet av et stempel, må vi vite om det er en gjennomgående stempelstang. I så fall må arealet av tverrsnittet av stanga trekkes fra arealet av selve stempelet. For et sirkelformet (rundt) stempel med diameter D gjelder formelen

vu

stempelkraft: trykk som et stempel klarer å skape

til

D2   A = _____ ​​  π ·  ​​ 4

EKSEMPEL

Ku

n

En sylinder får tilført et trykk på 7 bar, og stempelets diameter er 50 mm. Hvor stor kraft skyver stempelstanga med? Løsning

Arealet er 3,14 · 502 D2   =________ ​​   ​​  = 1963 mm2 A = _____ ​​ π ·  ​​   4 4 7 bar = 0,7 N/mm2 Kraften på stempelstanga blir da F = p · A = 0,7 · 1963 = 1374 N (Dette svarer til tyngdekraften av en masse på 140 kg.)


Kapittel 2  /  Pneumatikk 109

En masse på m = 1 kg har en tyngde på 9,81 N (newton). F = m · g, som måles i newton (N).

EKSEMPEL

er in

g

g er tyngdens akselerasjon, som er 9,81 m/s2.

Vi trenger en sylinder som skal kunne løfte en masse på m = 250 kg. Tilgjengelig trykk er 6 bar (0,6 N/mm2). Hvor stor diameter må stempelet ha? Løsning

F = m · g = 250 · 9,81= 2452,5 N

rd

En masse på m = 250 kg har en tyngdekraft på

2452,5 F ​​ = ______ ​​    = 4088 mm2  ​​   A = __ ​​ p 0,6

vu

Vi må snu på formelen F = p · A for å finne arealet. Vi dividerer med p på begge sider av likhetstegnet, og får

For å finne stempeldiameteren må vi snu på formelen for areal. Vi får

A   D2 = ____ ​​ 4π·  ​​ _____

til

D2   A = _____ ​​ π ·  ​​ 4

________

n

A    D = ​​  ____ ​  4π·  ​ ​​ ​  4 · 4088   = ​​  _______  ​ ​​   =  72 3,14

Ku

Vi velger en sylinder med litt større diameter enn dette fordi den da kan løfte denne vekten eller mer. Er den for liten, vil den ikke klare løftet. Større diameter på stempelet gir mer kraft til å løfte.


110

DEL 2 //

Pneumatiske motorer

g

Motorer som blir drevet av trykkluft, hører til de pneumatiske komponentene som utfører en roterende bevegelse. Håndboremaskiner, håndslipemaskiner og muttertrekkere er eksempler. Det finnes flere forskjellige konstruksjoner, men her skal vi bare se på hovedprinsippene.

er in

Skovler

Med flyt i en retning

Med flyt i to retninger

Symboler for en pneumatisk motor med konstant kapasitet.

Innløp

rd

Utløp

Turbinmotoren er bygd opp med et skovlhjul. Trykklufta som strømmer inn, setter turbinhjulet med skovlene i rotasjon. Det spesielle ved turbinmotoren er at omdreiningstallet er høyt og dreiemomentet lite. Den kan dessuten kjøres bare i én retning. Lamellmotoren er bygd opp med lameller som er plassert i radiale spor i en rotor. Lamellene tetter mot sylinderveggen. Lamellmotoren har et stort turtallsområde, fra noen få hundre til flere tusen omdreininger per minutt (r/min), og den får økende dreiemoment når turtallet synker. Lamellmotoren på figuren kan kjøres bare i én retning. Andre typer kan kjøres i begge retninger.

vu

Turbinmotor Turbinmotor.

Lameller

Innløp

til

Utløp

Stempelmotoren har stempler som får en veivaksel til å rotere. Stempelstengene driver veivakselen slik at når et stempel går i plussretning, går det motstående stempelet i minusretning. Motoren har forholdsvis lavt omdreiningstall, men stort dreiemoment.

Lamellmotor.

Stempelstenger

Ku

n

Lamellmotor

Veivaksel Stempelmotot Stempelmotor.


Kapittel 2  /  Pneumatikk

111

Stor kraft og stor hastighet Pneumatiske sylindere arbeider med stor kraft og stor hastighet. Jo større diameter et stempel har, desto større er kraften. Vær derfor forsiktig så du ikke skader deg.

er in

Pneumatiske arbeidsenheter Når du arbeider med pneumatiske anlegg, kan det oppstå skader på deg selv eller andre på grunn av krefter som skyldes at de pneumatiske arbeidsenhetene settes i bevegelse. Derfor er det viktig at du kjenner til farene, og passer på at du eller andre ikke utsettes for fare på grunn av disse kreftene.

g

HMS

Pneumatiske sylindere arbeider med stor kraft. Vær forsiktig!

rd

Støydemping Hver gang sylinderstempelet skyver luft ut gjennom en avløpsport, hører du en ubehagelig lyd. Denne lyden er skadelig for hørselen. For å dempe lyden bruker vi lyddempere som blir koplet til avløps­ portene på retningsventilene.

til

vu

Koplinger Før du kopler slanger fra eller til, skal du sørge for å gjøre anlegget trykkfritt. En slange med åpen ende kan slå ganske kraftig og skade øyet hvis den treffer det. Dersom det ikke er mulig å gjøre anlegget trykkfritt, skal du først kople til retningsventilen. Deretter kopler du til trykkilden. Når du kopler fra, gjør du det i motsatt rekkefølge.

Lyddemperen hjelper til med å holde støy på et lavere nivå.

Repetisjon

6 Hvordan virker en belgsylinder?

2 Hva menes med plussretning og minusretning på en sylinder?

7 Hvor stor kraft får vi fra en sylinder med diameter på 45 mm når vi har et arbeidstrykk på 7 bar?

n

1 Hva er en arbeidsenhet?

Ku

3 Hvilken port på en dobbeltvirkende sylinder skal ha luft for at sylinderen skal bevege seg i plussretning? 4 Hva er forskjellen mellom en enkeltvirkende og en dobbeltvirkende sylinder? 5 Hvordan virker en vrisylinder?

8 Hva kjennetegner en lamellmotor? 9 Hvilke forholdsregler må du ta ved arbeid på pneumatiske arbeidsenheter?


112

DEL 2 //

Pneumatiske styringsenheter

Ventilsymboler

er in

g

De pneumatiske styringsenhetene styrer bevegelsene til arbeids­ enheten. Vi kan sammenlikne dem med brytere som virker på forskjel­ lige måter. Normalt åpen og normalt lukket er begreper som også blir brukt om retningsventiler som skal styre en sylinder. Vi skiller mellom effektventiler, som fører lufta fram til sylinderen som skal utføre et arbeid, og styringsventiler, som styrer en effektventil. Vi skal ta for oss noen vanlige ventiltyper.

Vi ser først på symbolene for ventiler. Ventilen på figuren er tegnet som to kvadrater. Det betyr at den har to funksjonelle stillinger. Tre funksjo­ nelle stillinger blir også brukt, og da er symbolet tre sammenhengende firkanter i stedet for to.

rd

Til arbeidsenhet

Betjening

vu

Grunnstilling

Betjening

Tilkoblingsside + eksos

To kvadrater i ventilsymbolet betyr at ventilen har to funksjonelle stillinger.

Når ventilen betjenes med en kraft fra venstre, skyves ventilen mot høyre, slik at det venstre kvadratet kommer i tilkoplingsposisjon. Flyt­ retningen er markert med en pil.

n

til

flytretning: retning som kraften går i

Vi skal se nærmere på hvordan en normalt åpen 3/2-ventil er bygd opp, og hvordan den fungerer. På figuren til venstre er port 1 inntaket for trykk­lufta. Ventilen fører luftstrømmen i flytretningen til port 2 og videre

2

Ku

2

12

3

14 Trykkluft eller mekanisk kraft

1

Trykkluftkilde

I denne funksjonelle stillingen er ventilen åpen når port 14 får trykkluft. Luft passerer da fra port 1 til port 2 (det vil si at ventilen er åpen).

12

14

Trykkluft eller mekanisk kraft 3

1

Returluft (eksos)

I denne funksjonelle stillingen er ven­tilen lukket for luftgjennom­strømning fra trykkilden (port 1). Den slipper returluft (eksos) ut gjen­nom port 3.


Kapittel 2  /  Pneumatikk

En normalt lukket ventil vil si at port 1 er stengt når ventilen er ubetjent. Trykklufta slipper med andre ord ikke gjennom ventilen når den står i normalstilling.

Nummer på tilkoplingene Oversikt over numrene på tilkoplingene Arbeidsledninger Energiforsyning (luft) Utlufting

Bokstav

2, 4, 6 …

A/B

1

P

Luft inn

R

Eksos

3, 5, 7 … 10, 12, 14 …

De vanligste ventilene

til

Ventil med to porter og to funk­ sjonelle stillinger. Ventilen er lukket, og den gir luftgjennom­ strømning når den betjenes. Blir brukt som bryter på luftverktøy.

Ventil med tre porter og to funksjonelle stillinger. Ventilen øverst er normalt åpen, og ventilen nederst er normalt lukket.

Ku

n

3/2-ventilen

5/2-ventilen

Koples til

Arbeidsenhet

Styreporter

vu

Styreledning

2/2-ventilen

Tall

rd

Komponent

Ventil med 5 porter og 2 funk­ sjonelle stillinger. Symbolene til høyre viser to varianter.

2

3

1

Dette er symbolet for en 3/2-ventil. Trykklufta koples til port nummer 1, en enkelt­ virkende sylinder koples til port 2, og port 3 er til utlufting.

er in

En normalt åpen ventil vil si at port 1 er åpen når ventilen er ubetjent. Trykklufta slipper inn i ventilen gjennom port 1 og ut gjennom en annen port når ventilen står i normalstilling.

EKSEMPEL

g

til en arbeidsenhet når ventilen er i grunnstilling. Når vi betjener ven­tilen, vil det venstre kvadratet komme i den posisjonen som det høyre kvadratet var i. Da vil lufta komme i retur fra arbeidsenheten.

113


DEL 2 //

Styring av ventiler

Ventilen kan også være • manuelt styrt (håndstyrt eller pedalstyrt)

er in

• elektrisk styrt ved hjelp av et relé

g

Retningsventiler blir ofte styrt av andre retningsventiler. Når det er tilfellet, sier vi at ventilen er pneumatisk styrt eller trykkluftstyrt.

• mekanisk styrt (berøring fra en arbeidsenhet)

Manuelt styrte ventiler

Manuelt styrt vil si at vi benytter hånda eller foten til å betjene ventilen. Slike ventiler finnes med eller uten låsestilling.

vu

rd

Hvis vi for eksempel bruker en enkeltvirkende sylinder og en 3/2-ventil med fjærretur, kan sylinderen bli stående i plussposisjon ved hjelp av en bryter med låsestilling.

1

2

3

5

1 Enkeltvirkende sylinder 2 Returluft 3 3/2-ventil 4 Trykknapp med låsestilling

til

5 Returfjær 6 Trykkluftkilde

4

n

6

Ku

114

7

7 Lyddemper

Når vi betjener trykknappen (4), vil den bli stående inne. Lufta fra trykkluftkilden (6) vil da gi luft til sylinderen gjennom ventilen, fordi pilen til venstre kommer i posisjon mot sylinderen (1). Når vi betjener tryk­ knappen på nytt, vil den slippe og sette ventilen i utgangsstilling. Sylinderen går tilbake.


Kapittel 2  /  Pneumatikk

Symbol

115

Bryter

Manuell bryter

Spak

rd

Trykknapp med låsestilling

er in

Trykknapp

g

Manuell bryter med låsestilling

vu

Spak med låsestilling

Pedal

til

Pedal med låsestilling

Ku

n

Vi skal se på to viktige symboler som brukes i koplingsskjemaer. Det første er symbolet for trykkluftkilde. Legg merke til det runde tegnet, som betyr hurtigkopling til trykkluft i et vegguttak. Trekantsymbolet betyr generelt trykklufttilkopling og vises som en pilspiss inn mot port 1 på ventilen den er tilkoplet.

Symbol for

Symboler for to trykkluftkilde trykkluftkilder.

Symbolet for eksos eller returluft fra en arbeidsenhet vises som en pilspiss som peker ut fra ventilen der den er tilkoplet. Dette symbolet finner du ved eksosportene til ventilen. Det vil si der luft som blir fortrengt (f.eks. fra en sylinder), slipper ut gjennom ventilen.

Symbol for

Symbol for eksos. eksos


116

DEL 2 //

Elektrisk styrte ventiler En elektrisk styrt retningsventil er utstyrt med en solenoid som fungerer som en trykknapp når den koples til en spenning på 24 V. Solenoiden inngår i en elektrisk krets. Den enkleste måten å styre solenoiden elektrisk på er å kople den direkte til 24 V spenning med en elektrisk bryter. Da kan retningsventilen styres med den.

g

solenoid: relé, magnetventil

er in

I automatiserte prosesser brukes det ofte ventiler med en solenoid. De kalles også magnetventiler. De trenger strøm for å aktiveres, og er svært mye brukt fordi de for eksempel kan styres ved hjelp av elektriske signaler fra en PLS.

Les mer om ventiler i kapittel 4.

rd

Solenoiden virker i prinsippet på samme måten som kontaktoren som brukes i elektriske styringer. Det vil si at den aktiveres av en spenning, som regel på 24 V. Forskjellen er at elektromagneten i en solenoid aktiverer en mekanisk bevegelse som fungerer som en bryter på retningsventilen den befinner seg på, mens elektromagneten i kontaktoren aktiverer flere brytere.

vu

0V

4

til

S1

2

5

3 K1

4

4

A1 K1

S1 A2

3

1

3

+24 V

Ku

n

Elektrisk styring av en 5/2-ventil.

Skjemaet viser den elektriske koplingen til høyre og pneumatikk­ skjemaet til venstre. Bryteren har en holdefunksjon, slik at når du trykker én gang, aktiveres den, og du må trykke en gang til for å løse den ut. Dette er den enkleste måten å styre en ventil med solenoid. Målet er at solenoiden S1 skal aktivere ventilen, som i neste omgang aktiverer sylinderen. Den elektriske kilden er en 24 V likespenning.


Kapittel 2  /  Pneumatikk

Trykkluftstyring

117

Praktisk oppgave

Noen ventiler betjenes av trykkluft. De blir styrt med luft fra ventiler som er plassert et annet sted. To 3/2-ventiler kan for eksempel styre en 5/2-ventil. For å automatisere en dobbeltvirkende sylinder kan 3/2-ventilene utstyres med ruller (mekanisk styrt) som blir berørt av sylinderen når den går ut eller inn.

g

1 Finn fram en luftstyrt 5/2-ventil, to 3/2-ventiler (normalt lukket) med rulle og en dobbeltvirkende sylinder.

Mekanisk styrte ventiler

2 Kople opp retnings­ ventilene med ruller og sylinderen etter skjemaet som er vist i eksemplet nedenfor.

er in

Disse ventilene blir aktivert ved mekanisk berøring fra en arbeidsenhet, ofte en stempelstang.

rd

Hvis du plasserer en normalt lukket 3/2-ventil med rulle slik at den berøres av stempelstanga når den er nesten helt ute i plussretning, og plasserer en tilsvarende 3/2-ventil som berøres av stempelstanga i minusretning, kan du styre en 5/2-ventil med disse to 3/2-ventilene, slik du ser i eksemplet.

EKSEMPEL

B

C1

1 4

2

12

14

2

1

5

C1

2

4

5 S3

3 1

2

2

3

1 S2

n

S1

1

2

1

1

3

14 3 1 2

2 3

S1

2

2

12

til

S3

1

vu

A

3 Sett på luft og observer. Hvordan fungerte det? Kunne du gjort noe anner­ledes?

1

3

S2

Bilde B

Stempelstanga står ved S1, det vil si at den venstre 3/2-ventilen aktiveres. Luft vil da gå fra port 1 til port 2 på S1 og gi luft til port 12 på S3. Lufta vil dermed gå fra port 1 til port 4 på S3 og sende stempelet i sylinderen C1 mot høyre, det vil si i plussretning.

Stempelet har nå nådd S2, det vil si at den høyre 3/2-ventilen aktiveres. Luft går dermed fra port 1 til port 2 på S2, som gjør at port 14 på S3 får luft. S3 gir da luft fra port 1 til port 2 på S3 og sender stempel­ stanga mot venstre, altså i minusretning. Syklusen fra bilde A og B gjentar seg og gir stempelstanga i C1 kontinuerlig bevegelse i pluss- og minusretning.

Ku

Bilde A


118

DEL 2 //

Regulerende ventiler Regulerende ventiler kan

• stenge for trykkluft i én retning

g

• regulere retningen på luftstrømmen på grunn av en trykkendring

er in

• strupe trykket på lufta som går igjennom den

Disse ventilene regulerer hele eller deler av det pneumatiske anlegget. De skiller seg fra retningsventilene ved at de ikke betjenes med brytere, og de har heller ikke flere funksjoner.

Tilbakeslagsventilen

Tilbakeslagsventilen stenger for luftstrømmen i én retning mens den åpner for luftstrømmen i den andre retningen. Til venstre ser du en fjærbelastet tilbakeslagsventil. Når utløpstrykket og fjærtrykket blir større enn innløpstrykket, vil ventilen stenge.

vu

rd

tilbakeslagsventil: ventil som stenger for luftstrømmen i én retning og åpner for luftstrøm­ men i den andre retningen

Ku

n

til

Åpen tilbakeslagsventil

trykkregulerende ventil: ventil som regulerer lufttrykket

Symbol

Stengt tilbakeslagsventil

Tilbakeslagsventiler.

Trykkregulerende ventiler En trykkregulerende ventil regulerer lufttrykket. Vi skal se nærmere på hovedprinsippene for trykkbegrensningsventilen og trykkreduksjonsventilen.


119

Kapittel 2  /  Pneumatikk

Denne ventilen kalles også sikkerhetsventil. Den skal sikre at pneu­ matiske komponenter ikke får større lufttrykk enn de er beregnet for. På pneumatiske anlegg skal det derfor alltid være en sikkerhetsventil som åpner dersom trykkregulatoren mellom kompressoren og trykkluft­ tanken svikter.

er in

Til venstre ser du en prinsippskisse for en trykkbegrensningsventil. En kraftig fjær holder ventilen tett, slik at den er normalt lukket og ingen luftstrøm slipper gjennom. Dersom lufttrykket blir for stort, vil det over­ vinne fjærtrykket og slippe overtrykket ut i friluft.

g

Trykkbegrensningsventilen

Trykk ut

Legg merke til symbolet. Den stiplede linja er en kanal inne i ventilen. Den er koplet til innløpssiden og leder trykkluft til undersiden av pilen.

Trykkreduksjonsventilen

rd

For å redusere lufttrykket til pneumatiske arbeidsenheter (motor, sylinder osv.) til en ønsket verdi, bruker vi en trykkreduksjonsventil.

Trykk inn

Symbol

Legg merke til symbolet. Den stiplede linja er en kanal inne i ventilen. Den er koplet til utløpssiden og leder trykkluft til undersiden av pilen.

Trykkbegrensningsventil.

n

til

vu

Figuren nedenfor viser en prinsippskisse for en trykkreduksjonsventil. En fjær som kan strammes ved hjelp av en skrue, holder ventilen normalt åpen. Dersom skyvekraften til lufttrykket blir større enn det innstilte fjærtrykket, vil ventilen stenge.

Ku

Trykk inn

trykkreduksjonsventil: ventil som reduserer lufttrykket til pneumatiske arbeidsenheter

Trykk ut Symbol

Trykkreduksjonsventil.

trykkbegrensningsventil: ventil som skal sikre at en pneumatisk komponent ikke får for stort trykk


120 DEL 2 //

Volumstrømregulerende ventiler (strupeventiler)

Stilleskrue Struping

En volumstrømregulerende ventil regulerer volumstrømmen slik at arbeidsenhetene (motor, sylinder osv.) får den hastigheten vi ønsker. Strupeventiler kan ha enten fast eller justerbar struping. Felles for begge typene er at luftstrømmen må gjennom en trang passasje. Strupeventilen på figuren er justerbar. Jo lenger inn du skrur stille­ skruen, desto mindre luft vil passere. En ren strupeventil er lite brukt, fordi den struper luftmengden i begge retninger gjennom ventilen.

2

g

1

er in

Symbol

Justerbar strupeventil.

Kombinasjonsventiler volumstrømregulerende ventil: ventil som regulerer volumstrøm­ men slik at arbeidsenhetene får den hastigheten vi ønsker

En kombinasjonsventil består av to eller flere typer ventiler som er bygd sammen til en enhet.

kombinasjonsventil: ventiltype som består av to eller flere typer ventiler

Strupe-/tilbakeslagsventilen er eksempel på en kombinasjonsventil. Den har fjærbelastet tilbakeslag og justerbar struping. Når luftstrømmen går inn gjennom port 1, vil den lukke tilbakeslagsventilen. Luftstrømmen må derfor passere strupingen for å komme videre til port 2.

vu

rd

Strupe-/tilbakeslagsventilen

Strupeventil

1

til

Tilbakeslagsventil – stengt

2 Tilbakeslagsventil – åpen

Ku

n

Justerbar strupe-/tilbakeslagsventil.

Symbol for strupe-

/tilbakeslagsventil Symbol for strupe-/ tilbakeslagsventil.

Tilbakeslagsventilen er belastet med en svak spiralfjær. Når luftstrøm­ men går inn gjennom port 2, vil den åpne tilbakeslagsventilen. Luft­ strømmen kan derfor passere fritt gjennom tilbakeslagsventilen og videre gjennom port 1. Strupe-/tilbakeslagsventilen er mye brukt for å regulere hastigheten på en sylinder. Hastigheten i én retning kan da reguleres, uavhengig av hastigheten i den andre retningen.


Kapittel 2  /  Pneumatikk

121

Repetisjon 1 Hva brukes en styringsenhet til? 2 Hvor mange funksjonelle stillinger har en 5/2-ventil?

g

3 Hvilket nummer har portene for a) tilkopling av trykkluft og b) utlufting (eksos)?

5 Når bruker vi hastighetsregulering av en sylinder?

Slanger, rør og koplinger

er in

4 Hva er en hurtigkopling, og hva brukes den til?

rd

Som forbindelse fra kompressoren til styreenhetene og fra styre­ enhetene til arbeidsenhetene trenger vi slanger eller rør. De koples til de forskjellige enhetene med nipler og hurtigkoplinger. Snittringkoplingen er en fast tilkopling som blir brukt til stålrør, kobberrør og plastrør.

Hurtigkoplinger

vu

I verksteder ligger det ofte galvaniserte rør fra kompressoren og fram til forbrukerne, med flere forgreininger og hurtigkoplinger.

til

Den vanligste hurtigkoplingen på trykkluftverktøy og slanger blir ofte kalt en klokopling eller «Hansen-kopling». Den består av en hunndel og en hanndel som koples sammen, og som brukes til skjøteslanger, til verktøy, på tilkoplinger til styreenheter, osv.

n

Hanndelen sitter som regel på verktøyet, som kan være en luftdrill, en lakkeringssprøyte eller en blåsepistol. Hunndelen sitter på slangen.

Klokobling Klokopling.

Kopling

Innstikkskopling

Nippe

Ku

Innstikkskoplingen er også en hurtigkopling. Vi monterer en forholdsvis tynnvegget slange inn i koplingen, og den kan ikke trekkes ut igjen uten at vi skyver inn hylsa som sitter utenpå.

Innstikkskopling.

Kopling

Nippel

Hurtigkobling

Hurtigkobling Hurtigkopling.


122 DEL 2 //

Koplingen finnes i mange varianter, for eksempel med gjenger i den ene enden som kan skrus fast til en ventil, eller med en T-kopling for å kople én slange til to slanger.

Gjenger

g

Sylindere, retningsventiler og annet pneumatisk utstyr har ofte en eller annen type hurtigkopling, slik at det er mulig å kople delene sammen på en enkel måte.

er in

For at det skal være mulig å skru en innstikkskopling fast til en sylinder, må koplingen ha gjenger.

rd

Vi har to typer gjenger: BSP-gjenger (British Standard Pipes) og NPTgjenger (National Pipe Thread). Du finner ofte gjenger av typen G 1/4 x 19 på sylindere og retningsventiler som brukes i skolen. G-rørgjenger (British Standard Pipes) har samme diameter over hele gjengepartiet, og de har en gjengevinkel på 55°. Når det står G 1/4 x 19 på rørgjengen, betyr det at stigningen på gjengene er 19 gjenger per tomme. Det enkleste er å bruke et gjengelære når du skal sjekke stigningen på rørgjengen.

n

til

vu

Rørgjenger som produseres etter amerikanske standarder, har beteg­ nelsen NPT. Gjengevinkelen er 60°, og denne typen rørgjenger er koniske for at de skal tette bedre etter hvert som du skrur dem fast. Ameri­ kanske rørgjenger finner du ofte på oljetanker, utvendige olje­pumper og amerikanske kjøretøy. Du må ikke prøve å skru inn en NPT 1/8-gjenge der det skal være G 1/8-gjenge, selv om de har samme stigning!

Ku

tiltrekkingsmoment: kraft vi må skru med for at friksjonen mellom gjengene skal holde forbindelsen sammen

55°

BSP (British Standard pipes). BSP (British Standard pipes)

60°

NPT PipeThreads) Threads). NTP (National (National Pipe

HMS Pass på at det er riktig tetning på en innstikkskopling med gjenger. Bruk original­deler og pakninger fra produsenten, og pass på at gjengede deler er skrudd fast med riktig tiltrekkingsmoment!


Kapittel 2  /  Pneumatikk 123

Volumstrømsregulering

er in

Arbeidssyklusen til en sylinder er bevegelsen fra stempelstanga står i normalstilling mens den utfører et arbeid, til den er tilbake i normal­ stilling igjen.

g

Volumstrømsregulering kan utføres ved hjelp av en strupeventil eller en strupe-/tilbakeslagsventil. I begge tilfeller er det hastigheten på stem­ pelet som blir regulert.

Dobbelt struping

Hvis du bruker to strupeventiler for å regulere hastigheten til en sylinder, blir både plussbevegelsen og minusbevegelsen til stempelstanga regulert samtidig.

Struping i én retning

Strupt avløp

vu

rd

Med struping i én retning mener vi at hastigheten skal reguleres bare i den ene retningen. Vi må da bruke en strupe-/tilbakeslagsventil for å strupe hastigheten på pluss- eller minusbevegelsen til sylinderen. Tilbakeslagsventilen må plasseres slik at sylinderen får fullt trykk inn på sylinderen og struper lufta som skyves ut av den.

til

Se på skjemategningen. I dette eksemplet er det minusbevegelsen til stempelet som skal reguleres. Tenk deg at du betjener trykknappen på retningsventilen. Trykklufta vil da passere fritt gjennom tilbakeslags­ ventilen, og stempelet får en hurtig bevegelse. Trykknappen holder du inne til stempelet står i plusstilling. Når du slipper trykknappen, vil retningsventilen gå tilbake til normalstillingen.

Ku

n

Avløpslufta fra sylinderen vil nå stenge tilbakeslagsventilen, og all av­løps­luft må passere strupingen. Det bygger seg da opp et trykk i plusskammeret i sylinderen, som stempelet må skyve ut gjennom strupeventilen. Resultatet blir at stempelet får en regulert hastighet i minusretningen med jevn bevegelse.

1

2 2

4

3 1

5

Koplingsskjemaet viser et strupt avløp.


124 DEL 2 //

Strupt innløp 1

2 4

3 1

5

Koplingsskjema

er in

2

g

Struping av innløpslufta er også mulig. Vi må da snu strupe-/tilbake­ slags­ventilen slik at tilbakeslagsventilen stenger for trykkluft inn til sylinderen. Ulempen med denne metoden er at stempelet kan få en ujevn bevegelse når det strupes for å gi en langsom bevegelse. Vi regulerer heller avløpslufta (eksosen).

For å forstå arbeidsoppgavene i pneumatikk er det viktig å kunne lese tegninger og skjemaer. Vi må forstå symbolene i skjemaet og bruke standarden NS-ISO = 1219-1:2012 for symbolene på skjemategningen. I Verksted­håndboka finner du et utvalg av symboler fra denne standarden.

Koplingsskjemaet viser et strupt innløp.

rd

EKSEMPEL Bruk av en 3/2-ventil

høyre kvadratet befinner seg. Vi får da flytretning fra port 1 til port 2, og dermed ledes luft til sylinderen. Sylinderen vil bevege seg i plussretning fordi lufta strømmer inn i sylinderen og presser på stempelet.

vu

Først skal vi se på hvordan en normalt lukket 3/2-ventil på en enkel måte kan betjenes for å aktivere en enkeltvirkende sylinder. Skjemaet for koplingen ser du nederst til høyre.

I utgangspunktet, som er vist på figuren, vil trykkluft fra nettet stå tilkoplet på port 1, som er stengt, og ingenting vil skje.

n

til

Når vi betjener trykknappen, vil det venstre kvadrat­ et i ventilsymbolet forflytte seg til stedet der det

Når vi slipper trykknappen, vil først ventilen gå til­bake til utgangsstillingen, og så blir stempelet skjøvet tilbake ved hjelp av returfjæra. Den for­ trengte lufta vil returnere ut gjennom ventilen og ut av port 3, slik figuren viser. Enkeltvirkende sylinder

Ku

Sylinder

Trykknapp

3/2-ventil normalt lukket

Luft presses ut (eksos) 2

Trykkknapp

2

Returfjær 3

3

1 Trykkluft

1

Luft fra nettet

Returluft (eksos)

Sammenstilling av en enkeltvirkende sylinder og en 3/2-retningsventil.


Kapittel 2  /  Pneumatikk 125

EKSEMPEL Bruk av en 5/2-ventil

g

I stillingen som er vist på skjemaet, vil sylinderen C1 få luft fra port 1 på ventil Y1, og lufta går via port 2 til sylinderen. Sylinderen beveger seg i minusretning.

Når vi betjener Y1, får port 4 luft, og sylinderen vil bevege seg i plussretning. Det venstre kvadratet av ventil Y1 har nå flyttet seg mot høyre. Port 1 vil da føre trykkluft til port 4, som igjen gir luft til venstre side av sylinderen C1. Sylinderen får en pluss­ bevegelse.

er in

Vi har en dobbeltvirkende sylinder og vil styre den ved hjelp av en manuelt styrt 5/2-ventil. Skjemaet for koplingen ser du nederst til høyre.

C1

5

2

Y1

vu

4

rd

Minusstilling

1

4

2

5 1

3

3

Trykkluft

Styring med 5/2-ventil.

til

Port 1 = innløpsport Portene 2 og 4 = utløpsporter Portene 3 og 5 = avløpsporter (eksosporter)

EKSEMPEL

n

Vi kan også styre 5/2-ventilen med to 3/2-ventiler, slik du ser på skjemaet.

Ku

Her vil 5/2-ventilen gjøre det samme arbeidet, men du trenger mindre lufttrykk for å styre en ventil enn for å kjøre en sylinder. Dermed kan du bruke tynnere rør eller slanger fram til 5/2-ventilen, noe som er svært praktisk. Legg merke til at hver arbeidsenhet og styrings­ ventil på skjemaet har en bestemt kode som består av en bokstav og et tall.

4

2

5 2

3 2

1

3

3 1

1


126 DEL 2 //

Vedlikehold og feilsøking

g

Feil på pneumatiske anlegg skyldes ofte dårlig eller manglende vedlikehold. Ved manglende smøring eller bruk av uren trykkluft vil arbeidsenheter og ventiler raskt bli utslitt (hvis de ikke er av smørefri type). Husk derfor å fylle smøreapparat, skifte luftfilter og tappe kondensvann regelmessig.

er in

Også andre bevegelige deler, som lager, ledd og føringer trenger smøring. Følg derfor smørerutinen for anlegget.

Feilsøking på anlegg

Noen ganger må en operatør finne feilen på egen hånd. Da stilles det ekstra store krav til faglig dyktighet og innsikt. Sett deg nøye inn i koplings­skjemaer og funksjonsdiagrammer.

Undersøkelse

Mulige årsaker

Sjekk om det er trykk fram til anlegget.

Kompressorfeil. Lekkasje på hovedrør, komponenter eller slanger. Trykkregulator er defekt.

Undersøk om det er tilstrekkelig kapasitet fram til anlegget.

Luftfilter er tett. Trykkbegrensningsventil er defekt. For liten dimensjon på slanger eller rør.

vu

Feil

rd

Tabellen gir en oversikt over arbeidssyklusen ved feilsøking og mulige årsaker til feil.

1 Trykk

til

2 Kapasitet

Ku

n

3 Lekkasje

Lytt etter eventuelle lekkasjer i anlegget.

Lekkasje i forgreiningsrør, slanger, tilkoplingspunkter og arbeidsenheter.

4 Virkemåte

Sett deg inn i funksjonen til Det kan finnes et eget anlegget etter koplingsskjema feilsøkingsskjema for og sekvensdiagram. anlegget. Slike skjemaer gir ofte best oversikt.

5 Funksjon

Prøvekjør anlegget og merk deg hvilken funksjon som uteblir eller fungerer for langsomt.

Utilstrekkelig smøring. Strupe-/tilbakeslagsventil er defekt eller feil justert. Tette lyddempere på ventilene.

Kontroller om de inngående arbeidsenhetene er i riktig posisjon, og at det ikke er mekaniske hindringer.

Bøyd stempelstang. Fremmedlegemer hindrer bevegelsen. Føringer har skåret seg fast. Defekt arbeidsenhet.

6 Posisjon


Undersøkelse

Mulige årsaker

7 Arbeidsenhet

Undersøk om det kommer trykkluft fram til arbeidsenhetene.

Slanger og rør er klemt flate. Det er ikke trykk fram til effektventilen. For tynne slanger eller rør.

Undersøk om effektventilen har vekslet til riktig posisjon.

Effektventilen får ikke styresignal. Utilstrekkelig smøring. Defekt effektventil eller solenoid.

Undersøk om styringsventilene fungerer mekanisk og gir signal fram til effektventilen.

Styringsventilen er ikke justert riktig. Utilstrekkelig smøring. Tett lyddemper på motstående styringsventil. Motstående styringsventil veksler ikke. Defekt styringsventil. Feil på endebryter.

Søk faglig assistanse hvis du tror feilen ligger i det elektriske anlegget.

Feil på reléstyring eller PLS-styring. Dårlig forbindelse eller feilkopling.

10 Elektrisk

Oppsummering

rd

9 Styringsventil

vu

8 Effektventil

er in

Feil

g

Kapittel 2  /  Pneumatikk 127

Pneumatikk betyr trykkluftteknikk. Trykk er forholdet mellom en kraft som virker vinkelrett på en flate, og arealet av flaten.

En enkeltvirkende sylinder utfører arbeid i én retning, og en dobbeltvirkende sylinder utfører arbeid i begge retninger.

Kompressoren produserer trykkluft, som blir lagret på en tank eller i en beholder. Trykket måles med et manometer.

Pneumatiske sylindere arbeider med stor kraft og hastighet.

Ventiler brukes til å styre sylindere og andre pneumatiske arbeidsenheter og har navn etter antall porter og antall funksjoner.

Flytretningen for trykklufta angis med en pil.

Pneumatiske motorer finnes i luftdrevne boremaskiner, vinkelslipere og muttertrekkere.

Lyddempere reduserer støyen fra ventiler og pneumatiske arbeidsenheter.

Stempelkompressoren og skruekompressoren er de mest brukte kompressortypene.

n

til

Lufta behandles gjennom forskjellige typer filter og smøresystemer.

Ku

• •

Snittringer brukes til hurtigkopling av slanger.

Rørgjenger er mest brukt på pneumatiske komponenter.

En pneumatisk arbeidsenhet utfører et arbeid ved hjelp av trykkluft.


128 DEL 2 //

Repetisjon 5 Hvilke porter brukes til luft ut til en arbeids­ enhet?

3 Hva slags gjenger brukes mye i pneumatiske koplinger? 4 Hvilke porter kopler du til trykkluft på en ventil for å styre den med trykkluft?

6 Hvilke farer forbinder du med pneumatiske anlegg? 7 Hva er en solenoid?

g

2 Hvor mange funksjonelle stillinger har en 5/2-ventil?

8 Hva er en hurtigkopling, og hva brukes den til?

er in

1 Hva brukes en styringsenhet til?

Oppgaver 1 Hvordan vil du styre en 5/2-ventil med to 3/2-ventiler som skal styre en dobbeltvirkende sylinder?

rd

d Finn spesifikasjoner for kompressoren (i manualer eller på internett). Se på merke­ skiltet og søk etter navn og type kompressor. Hvor stor mengde luft leverer kompressoren i liter per minutt?

2 Se på skjemategningen nedenfor. Forklar hva som skjer når vi betjener trykknappen på retnings­ventilen.

3

vu

til

2

1

n

3 Samarbeid med annen elev. Finn ut hva slags kompressor som brukes på skolen din. Finn ut følgende:

a Hva slags kompressortype er det (f.eks. stempelkompressor eller skruekompressor)?

Ku

e Hvordan foregår vedlikeholdet av kompres­ soren?

b Hvor stort trykk er det på anlegget idet kompressoren stopper automatisk? Les av manometeret. c Slipp ut trykk og les av trykket når kompres­ soren starter. Hvor stort er trykket i tanken?

4 Lag et skjema som inkluderer en dobbel­t­virkende sylinder som styres av en 5/2-retnings­ventil, som igjen styres av to normalt lukkede 3/2-retnings­ ventiler, med trykknapp på port 12 og 14 på 5/2-ventilen. Sett så inn to strupe-/tilbakeslags­ ventiler, slik at dere oppnår strupt avløp fra sylinderen i både plussretning og minusretning.

Pass på at det er fullt trykk inn på sylinderen i begge retninger, ved å montere strupe-/tilbake­ slags­ventilene rett vei. Bruk en trykkreduksjons­ ventil til å regulere trykket til 6 bar. a Kople opp de pneumatiske komponentene etter skjemaet dere har laget. Pass på at luft­slangene sitter godt fast i innstikks­ koplinger og hurtigkoplinger. b Sjekk at sylinderen beveger seg i pluss- og minusretning når dere betjener de to 3/2-retningsventilene. Hva skjer når dere justerer strupingen på avløpet?


g rd

MÅL

er in

3 Hydraulikk

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du

kjenne til bruksområder for hydrauliske kretser

kjenne til hvordan et hydraulisk aggregat fungerer

vu

kunne kople opp og utføre feilsøking i enkle hydrauliske anlegg få kjennskap til farer ved bruk av hydraulikk kjenne til navn på komponentene i et enkelt hydraulikkanlegg

til

ha kunnskap om hydrauliske slanger, pumper og styringsenheter og arbeidsenheter

Ku

n

I hydraulikksystemer bruker vi hydraulikkolje eller hydraulikkvæske når vi styrer en mekanisk prosess ved hjelp av styringsenheter. I motsetning til luft kan ikke oljen komprimeres. Det betyr at vi får et svært stabilt system. Oljen hindrer også korrosjon i det hydrauliske systemet.


130 DEL 2 //

Arbeid på hydrauliske anlegg Hydraulikk brukes blant annet til styring av

er in

• kraftoverføring på kjøretøy

g

• sylindere til anleggsmaskiner, løfteutstyr, vedkløyvere, roboter og undervannskonstruksjoner

• styringssystemer på større båter

• fjernstyring av undervannsventiler

• støtdemping på kjøretøy og maskiner

rd

• hjelpekraft (servo) på styring og bremser på kjøretøy.

HMS

vu

Arbeid i hydraulikkanlegg Når du som elev skal arbeide på et treningssystem for kopling av hydraulikk eller annet hydraulisk utstyr, må du ta hensyn til følgende:

til

• Følg alltid monteringsanvisningen og spesifikasjonene fra leverandøren. Les bruksanvisninger og produktinformasjon før du begynner på arbeidet. Gjør en enkel risikovurdering! • Oppkopling av hydrauliske systemer må bare gjøres slik læreren har vist. • Treningssystemer bør være i rom der det elektriske anlegget er utstyrt med nødstoppbryter.

n

• Bruk personlig verneutstyr som monteringshansker, arbeidstøy, vernebriller og hørselsvern.

Ku

• Trykket på det hydrauliske anlegget må ikke overstige spesifikasjonene fra produsenten.

• Høye temperaturer i enkelte komponenter (over 50 °C) kan utgjøre en brannfare og føre til brannskader.

• Når du setter i gang det hydrauliske systemet, kan det oppstå ukontrollerte bevegelser på arbeidsenhetene. Disse komponentene skal sikres med deksel. Dekselet skal ikke fjernes.

• Hydrauliske komponenter i treningssystemer er som regel utstyrt med selvtettende hurtigkoplinger. Du må passe på – å trykkavlaste slangene før du demonterer utstyr etter en øvelse. Les i veiledningen fra produsenten for hver øvelse; – å ikke kople fra eller til utstyr med trykk på! Hvis du kopler fra utstyr med trykk, får du ikke koplet det til igjen; – at du trykker slangen rett på, slik at du ikke ødelegger utstyret; – å sjekke at koplingen har tettet seg når du har koplet fra.

• Dersom du løfter noe tungt ved hjelp av en hydraulikk­ sylinder, skal du legge noe under lasten før du demon­ terer slangene på utstyret. Det kaller vi trykkavlastning. Ellers vil lasten falle ned og kan skade både deg og andre. Trykket i slangene er stort på grunn av lasten og utgjør en stor fare i seg selv. Trykk­avlastning er nødvendig ved arbeid med gravemaskin, kran eller annet løfteutstyr.


Kapittel 3  /  Hydraulikk

131

Trykket i en hydraulisk krets kan komme opp i over 300 bar i høytrykks­ anlegg. Til sammenlikning bruker vi ofte et trykk på 6–8 bar i pneu­ matiske anlegg. Lufttrykket i et dekk er vanligvis under 3 bar på en personbil.

er in

g

Siden trykket kan bli så stort, må vi ta noen forholdsregler. Dersom det oppstår lekkasjer i rør, slanger eller annet hydraulisk utstyr som det går hydraulikkolje gjennom, utgjør det en fare. Vi kan da risikere at en stråle av hydraulikkoljen trenger igjennom huden hvis vi kommer i nærheten. Det kan også hende at en slange eller et rør plutselig går i stykker fordi vi bruker utstyret feil eller har montert en slange eller annet utstyr som ikke tåler trykket.

Hydraulikkaggregatet

rd

Et aggregat er kraftforsyningen til mange typer hydrauliske anlegg. Det har som oppgave å produsere hydraulisk trykk. 5 13

8

13

9

7

8

16 4

2

Ku M

11

3

Dette aggregatet består av 1 Tank 2 Oljenivåindikator med termometer 3 Luftfilter 4 Returfilter 5 Manometer 6 Trykktilkoplingsnippel

til 1

n

15

10

vu

14

6

7 Pumpebærer 8 Hydraulikkpumpe med fast slagvolum 12

9 Trykkbegrensningsventil 10 Av- og på-bryter med motorvern 11 Trefaset elektromotor 12 Tilkoplingsledning, 5-polet 13 Tilkoplingsnippel til tank 14 Innstilling for trykk­ begrensningsventilen 15 Skrue for oljetapping 16 Koplingsboks


132 DEL 2 //

På skjemaet er hydraulikkaggregatet tegnet med symboler. Det består av en elektromotor som driver to pumper, to trykkbegrensningsventiler, et filter og to manometre. Linjene mellom komponentene illustrerer rør eller slanger som fører hydraulikkolje rundt i systemet.

er in

g

Aggregatet er et komplett system som vi kopler til en trefaset strømkontakt. Det leverer hydraulikkolje under trykk, som kan brukes til forskjellige verktøy eller i hydrauliske systemer, for eksempel en vedkløyver. Slike aggregater finnes i flere størrelser. Det finnes også andre typer hydrauliske kraftforsyninger. En traktor har som regel et innebygd aggregat der kjøretøyets motor er drivkraften til hydraulikkpumpa. Dermed kan vi kople til forskjellig utstyr som er beregnet for landbruk, og som inneholder forskjellige hydrauliske arbeidsenheter. Eksempler på det er dumperhenger og tømmerkran.

rd

Betjeningsspaker

vu

Hydraulikksentral for ekstern hydraulikk. Her kan det også tilpasses til styring av dobbelsvirkende sylinder på lasteapparat eller til hydraulisk motor

Omstilling fra enkelt- til dobbeltvirkende funksjon

Oljeuttak for bruk til enkelt- eller dobbeltvirkende arbeidsenhet

til

Trykkrør til ekstern hydraulikk Trykkrør til MP gir

Oljeuttak for girkasse

Trykkrør til IPTO clutch

Ku

n

Trykkreduksjonsventil

En tømmerkran som blir drevet og styrt av hydraulikk. Foto: Nokka.

IPTO clutch brems

Tannhjulspumpe Drivreim

IPTO clutch

Drivaksel inn Stempelpumpe/ aksialpumpe

Sil/filter

Et enkelt hydraulisk anlegg på en traktor.


Kapittel 3  /  Hydraulikk 133

Hydraulikkpumper Symbolene for hydrauliske pumper har svarte piler inne i sirkelen. De peker fra sentrum og ut mot selve sirkelen. Den gjennomgående pilen betyr at pumpa er justerbar eller variabel.

er in

Hydraulisk pumpe med konstant kapasitet og flyt i to retninger

Hydraulisk pumpe Hydraulisk pumpe Hydraulisk pumpe med variabel kapasitet med variabel kapasitet med konstant og flyt i én retning og flyt i to retninger kapasitet og flyt i én retning, med to rotasjonsretninger

rd

Hydraulisk pumpe med konstant kapasitet og flyt i én retning

g

Vanlige symboler for hydraulisk pumpe

Tannhjulspumper

Vi skiller mellom

vu

Tannhjulspumpa har vært på markedet lenge. Det er en fortrengningspumpe som presser oljen fra inngangsporten mellom tennene i pumpa og ut gjennom en utløpsport.

til

• tannhjulspumpe med innvendig fortanning • tannhjulspumpe med utvendig fortanning

Tannhjulspumpe med innvendig fortanning

n

Denne pumpetypen brukes blant annet i motorer til kjøretøy for å drive motoroljen gjennom kanaler og ut til alle smøresteder.

Ku

Spalten mellom tennene i tannhjulene transporterer væsken på begge sider av halvmånen til utløpssiden når de roterer, og væsken blir presset ut av pumpehuset når tannhjulene glir sammen igjen. Denne tannhjulspumpa har en ytre rotor (oransje) som drar med seg det innvendige tannhjulet. Tannhjulspumpe med innvendig fortanning.


134 DEL 2 //

Tannhjulspumpe med utvendig fortanning

g

En tannhjulspumpe med utvendig fortanning består av to tannhjul, der det ene drives rundt av en drivaksel. Når den blir satt i drift ved at motoren dreier på drivakselen, følger det andre tannhjulet med rundt. Det roterer da i motsatt retning. Når hydraulikkolje fylles inn gjennom innsugsporten, blir den presset ut gjennom en trykkport av tannhjulene når pumpa er i drift.

Tannhjul drift

er in

Pumpehus Innsugingsport

Drivaksel

Tetningsring

Monteringsflens

Trykkport

rd

Bøssinger

Pakning

Tannhjul

vu

Skruer

Aksialstempelpumpe

Ku

n

til

Etter hvert er regulerbare pumper blitt mer vanlig. En aksialpumpe kan øke trykket ved hjelp av stempler. Vinkelen kan reguleres for å gi større slaglengde og trykk på stemplene. Figuren viser hvordan det skjer. Vmaks Aksel Slaglengde

Swashplate

Stempel

Sylindertønne

Aksialstempelpumpe.

Aksialstempelpumpa kan justeres ved hjelp av aksial forskyvning. Det vil si at skråskiva (swashplaten) har justerbar vinkel. Sylindertønna er drevet av akslingen som går gjennom et hull i skråplaten. Dermed roterer sylindertønna mens slaglengden på stempelet øker jo større vinkelen på


Kapittel 3  /  Hydraulikk 135

Når platen står rett opp og ned, kommer det ikke trykk ut, men pumpa kan fremdeles gå. Vinkelen på skråskiva justeres vanligvis med en hydraulisk sylinder som er innebygd i pumpehuset. Styringen kan også være elektronisk.

er in

Slike pumper egner seg godt til løfteutstyr på blant annet mobilkraner. De kan også være nyttige for å øke hastigheten på en vinsj. I prinsippet er pumpetypen ofte brukt på høytrykksspylere for vann.

Aksialpumper finnes også som skråblokkpumper, der selve pumpehuset står i en fast vinkel.

Lamellpumpe

vu

rd

Lamellpumper (vingepumper) har vært mye brukt i servo, som er en kraftforsterkning til for eksempel styring av kjøretøy. Ulempen med denne pumpetypen er at lamellplatene kan avgi noe spon.

Tank/reservoar

Returport

Lamell

til

Rotor

Trykkport

n

Overtrykksventil

Ku

g

skråskiva er. Med større slaglengde på stemplene øker trykket på oljen som blir pumpet ut, og med mindre slaglengde minsker trykket.

Lamellpumpe.


136 DEL 2 //

Hydraulikkolje Oljen som brukes i hydrauliske anlegg, er delt inn i forskjellige kvaliteter og viskositeter. Oljens viskositet sier noe om hvor tykk (seig) den er. En tykk olje har et høyt tall: ISO VG 46 er tykkere enn ISO VG 32 cSt.

viskositet: hvor tykk oljen er, seighet

Betegnelse

Egenskaper

H

Mineralolje uten tilsetninger

HL

Olje som brukes ved trykk opptil 200 bar

HLP

Olje som brukes ved trykk over 200 bar

HD

Hydraulikkolje for mobilt utstyr som motvirker korrosjon og garanterer flyt, selv ved lave temperaturer Hydraulikkolje med høy viskositet som beskytter mot rust og kavitasjon

vu

HF

Olje som kan brukes der temperaturen varierer mye

rd

HV

HP

Hydraulisk girolje som tåler svært høyt trykk

HT

Hydraulikkolje til bruk ved høy temperatur

Kavitasjon vil si at det dannes luftbobler i væsken på grunn av store trykkvariasjoner. Når luftboblene sprekker mot en overflate, forårsaker de stor slitasje på overflaten.

Ku

n

til

kavitasjon: dannelse av luftbobler i væsken som skyldes trykk­ variasjoner

er in

g

I enkelte tilfeller kan vi bruke en 10W-40 motorolje for bilmotor, forutsatt at den ikke inneholder tilsetningsstoffer som kan føre til korrosjon og kavitasjon. Vi bør likevel velge en hydraulikkolje ut fra gjeldende ISOklasse og godkjent standard. Disse væskene inneholder ikke skadelige tilsetningsstoffer som kan ødelegge komponentene.

Hvis oljen er utsatt for høye temperaturer, kan det være nødvendig med en oljekjøler i det hydrauliske anlegget. Ved oppstart av en maskin eller når oljen blir brukt i kalde omgivelser, benyttes ofte en oljevarmer for å få oljen mer tyntflytende. Det hydrauliske anlegget fungerer best ved en driftstemperatur på 40–60 °C.


Kapittel 3  /  Hydraulikk 137

HMS Hydraulikkolje i varme omgivelser

• Bruk nødvendig verneutstyr og unngå kontakt med øynene.

• Fjern alt som kan starte en brann. • Ikke spis, drikk eller røyk når du bruker hydraulikkolje. Vask alltid hendene etter at du har vært i kontakt med hydraulikkoljen.

g

• I hydrauliske kretser i spesielt varme omgivelser må det brukes hydraulikkolje som ikke er brennbar.

• Opplysninger om produktet du velger, finner du på produsentenes nettsider. Sett deg inn i sikkerhetsdatabladet for den hydraulikkoljen du skal bruke.

• Unngå å puste inn damp.

er in

• Unngå at oljen kommer i kontakt med huden. • Sørg for god ventilasjon.

rd

Dersom viskositeten til hydraulikkvæsken er for høy, vil det resultere i dårlig mekanisk effektivitet på grunn av økt friksjon under oppstarten, og det kan føre til kavitasjon i systemet.

Repetisjon

vu

For at komponentene i et hydraulisk anlegg skal fungere godt, må væsken ha god smøreevne, riktig viskositet og fjerne overflødig vann, slik at ikke delene i anlegget ruster. Væsken bør heller ikke danne for mye skum som gir luft i systemet. Det kan forårsake ulyder.

til

1 Hva heter den delen av et hydraulisk anlegg som produserer hydraulisk trykk? 2 Når vil du velge å bruke hydraulikk framfor pneumatikk?

3 Hva må du passe på før du begynner å demontere deler av et hydraulisk anlegg?

n

4 Hvilken pumpetype leverer trykk på over 300 bar? 5 Hva er viskositet?

Ku

6 Hva kan skje dersom du får kavitasjon i oljen? 7 Er hydraulikkolje helsefarlig i noen sammenhenger? (Finn mer informasjon i et sikkerhetsdatablad for en type hydraulikkolje.)

Oppgaver 1 Hva slags pumpe er det i hydraulikkaggregatet på skolen din, og hvor mye trykk leverer det? 2 Hva slags olje vil du velge til dette hydrauliske anlegget?


138 DEL 2 //

Hydrauliske retningsventiler Hydrauliske prosesser styres av retningsventiler. Retningsventilene blir betjent

g

• manuelt

er in

• elektromekanisk (solenoid) • pneumatisk (trykkluft) • hydraulisk

rd

Hydrauliske retningsventiler er mer robuste enn pneumatiske. Sym­ bolene på hydraulikkskjemaer kan leses på samme måten som de pneumatiske. Det dreier seg fortsatt om flytretning, porter og funksjoner. Det som er annerledes i en hydraulisk krets, er at oljen går tilbake til tanken. I pneumatiske anlegg går lufta ut i friluft.

vu

Retningsventiler

Retningsventiler blir brukt til å regulere og kontrollere en krets. Det vil si at de regulerer hvor hydraulikkvæsken skal strømme. Ofte beskrives en slik retningsventil med to tall som betyr antall porter og antall mulige posisjoner. For eksempel har en 4/3-ventil fire porter og tre mulige posisjoner.

Ku

n

til

II

Enkel 4/3-ventil med hurtigkoplinger for slanger.

0

I

A

B

P

T

Stempel Fjær

T A P B Stem Sylindrisk spiralspennstift Eksenterkam


Kapittel 3  /  Hydraulikk 139

Figuren viser en enkel 4/3-ventil med hurtigkoplinger for slanger. Den har fire porter og tre posisjoner, en spak til å styre hvilken posisjon ventilen skal stå i, og fjærretur. Det viser også symbolet.

• A og B er tilkopling til arbeidsenheten (sylinder, motor osv.).

• T er retur til tanken.

4/3-veis

2/2-veis

3/2-veis

rd

Noen hydrauliske grunnsymboler.

er in

• P er tilkopling for trykk («pressure»).

vu

Når du bruker hurtigkopling på hydrauliske komponenter, som på treningssystemer for hydraulikk, brukes dette symbolet for hurtig­ kopling. Det viser enveisflyt av olje, det vil si at trykket forblir i retnings­ ventilen til det er avlastet, og det bør gjøres før du kopler fra slanger.

P

T

til

B

n

a

A

Ku

Hurtigkopling for tilkopling av hydraulistiske slanger.

Symbol for hurtigkopling.

g

De fire portene har følgende bokstaver:


140 DEL 2 //

Tabellen viser noen av de vanligste typene av hydrauliske styrings­ ventiler. De har påmontert en eller annen form for styring. En returfjær er også en styring, fordi den «styrer» ventilen i retur. Hydrauliske styringsventiler

A

B

P

T

A

B

P

T

A

B

4/3-styringsventil med spak. Alle porter er stengt i midtstilling

vu

a

4/3-ventil med spak. Forbindelse fra P til T b i midtstilling

rd

a

g

Type retningsventil

er in

Symbol

4/2-styringsventil med spak/

bsolenoid og fjærretur

a

P

T

Ku

n

til

Retningsventilene i tabellen kan også ha andre styringer enn det som er vist. 4/3-ventilen med håndstyrt spak og fjærretur kan leveres med elektrisk styring i hver ende. Du finner standard­iserte symboler NS- ISO 1219–1 i Verkstedhåndboka. Maksimal belastning på ventilene som er vist her, ligger på 120 bar, og arbeidstrykket er 60 bar. Oljen som benyttes, skal være mineralsk, med en visko­sitet på 22 cSt. Les om olje og viskositet på side 136.


141

Kapittel 3  /  Hydraulikk

En volumstrømventil (strupeventil) regulerer mengden av hydraulikkvæske som passerer gjennom den. Det gjør at trykket kan reguleres ned, slik at det blir lavere trykk på utgående port enn på inngående. Denne ventilen kan for eksempel brukes når vi ønsker lavere hastighet på en sylinder eller en hydraulisk motor.

Roterende knott

er in

På siden av ventilen står symbolet som viser hvilken type ventil det er. Dette er en volumstrømregulator med varierbar volumstrøm.

g

Volumstrømventil

Symbol for jevn trykkreduksjon.

rd

Strupespindel

B

A

B

vu

A

Strupeåpning

Symbol for varierbar trykkreduksjon.

Ventilhus

Trykkreduksjonsventil

til

Denne ventilen plasseres i innløpet til den delen i det hydrauliske anlegget som skal ha mindre trykk (trykkreduksjon).

Ku

n

Oljens flytretning er fra P til A. Etter hvert som trykket ved port A øker, blir stempelet trykket mot fjæra inntil forbindelsen mellom P og A blir tettet av stempelet. Hvis trykket på port A øker enda mer, vil stempelet gå videre til det åpner for forbindelsen mellom A og T. Fjær­kraften kan endres ved at vi skrur på justeringsskruen og dermed justerer trykket. M

A

b

P

Trykkreduksjonsventil.

T(Y)


142 DEL 2 // Bosch Rexroth AG

I

R901385282

Project 01: Hydraulic System

Plassering av trykkreduksjonsventil ved sylinder

Ventilen er normalt åpen, men lukker mer og mer når det trykket vi har stilt den inn på, nærmer seg.

Bosch Rexroth AG

I

R901385282

Project 01: Hydraulic System

105

01 105

Hydraulic circuit diagram for setting up a project exercise using the WS200

01

g

The item numbers from the parts list are to be assigned to the corresponding component symbols on the hydraulic circuit diagram. Hydraulic circuit diagram for setting up a1.10 project exercise using the WS200

er in

The item numbers from the parts list are to be assigned to the corresponding component symbols on the hydraulic circuit diagram. 1.54 1.41

1.10

1.30 1.54

1.20

1.53

1.41

1.60

1.30

rd

1.20

1.53

1.60

vu

1.70

1.50

1.50 0.20

1.51

1.40

1.52

1.70 1.40

1.51

1.52

til

0.10 0.30

0.31

0.30

0.31

0.20

Ku

n

0.10

Circuit diagram for project exercise 01 using a WS200 workstation © Bosch Rexroth AG 2018. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing as well as in the event of applications for industrial property rights. Distribution only for training purposes with indication of source.

Circuit diagram for project exercise 01 using a WS200 workstation © Bosch Rexroth AG 2018. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing as well as in the event of applications for industrial property rights. Distribution only for training purposes with indication of source.


Kapittel 3  /  Hydraulikk 143

Trykkbegrensningsventil

er in

g

Trykkbegrensningsventilen begrenser trykket på port P til den innstilte verdien som tilsvarer trykket på port T. Når trykket blir større enn fjær­kraften i ventilen, tenker vi oss at pilen går opp i høyde med P og T. Dermed blir det forbindelse mellom trykk (P) og retur (T). Det vil si at hvis trykket inne i ventilen øker, slik at kjeglen presser fjæra tilbake, slippes oljen gjennom til T. Fjærtrykket reguleres på justeringsskruen (rattet). Oljen flyter gjennom sperreventilen dersom trykket ved port T er større enn ved port P.

rd

Hensikten med denne ventilen er at trykket ikke skal bli for stort. Når aggregatet oppnår et trykk som anlegget kan tåle, vil ventilen sende hydraulikkolje tilbake til tanken framfor å fortsette å øke trykket. Ordet trykkbegrensning kommer av det.

Tilbakeslagsventil Dempingstempel Lukkekjegle Ventilsete

n

til

vu

P

Ku

Trykkbegrensningsventil.

T P

Symbol for trykkbegrensningsventil.

T


144 DEL 2 //

Tilbakeslagsventil

Kule

Ventilhus

er in

Fjær

g

En tilbakeslagsventil sørger for at væsken kan gå bare én vei gjennom kretsen. Tilbakeslagsventilen kan være fjærbelastet slik at den åpner bare når trykket når en bestemt verdi.

Tilbakeslagsventil.

Denne tilbakeslagsventilen har to tilkoplinger, der A er til venstre (han), og B er til høyre (hun).

rd

Repetisjon

1 Hvordan kan hydrauliske styringsenheter være styrt eller betjent? 2 Hvor mange porter og stillinger har en 4/3-retningsventil?

vu

3 Hva er bruksområdet for en trykkbegrensningsventil, og hvordan virker den? 4 Hvor bruker du en trykkreduksjonsventil?

til

5 Hva oppnår du ved å bruke en tilbakeslagsventil?

Ku

n

Hydrauliske arbeidsenheter På samme måten som med pneumatiske arbeidsenheter snakker vi her om sylindere og motorer som utfører et arbeid i et hydraulisk anlegg. Vi kaller dem hydraulikksylindere og hydrauliske motorer. Hovedforskjellen på hydrauliske og pneumatiske arbeidsenheter er at de hydrauliske arbeidsenhetene utøver adskillig større kraft. Med det øker også faren for eventuelle skader.

Hydraulikksylinderen Hovedfunksjonen til en sylinder (aktuator) er å utøve en kraft på et objekt og dermed bevege det. Hydraulikksylinderen er mer robust enn ­­ pneu­matikk­sylinderen.


Kapittel 3  /  Hydraulikk 145

En sylinder består oftest av et stempel med en stempelstang. Stempelet drives av trykkforskjellen på hver side av stempelet og kraften på enden av stempelstanga. Kraften kan være noe som sylinderen skal løfte, trekke eller skyve.

g

Skal vi regne ut sylinderens volum, benytter vi formelen

er in

V=A·s 2 Arealet (A) regnes først ut: A = ______ ​​ π · D ​​   4 der D er stempelets diameter i millimeter (mm) eller centimeter (cm).

EKSEMPEL

vu

3,14 · 52 D2   = _______ ​​   ​​  = 19,63 cm2 A = _____ ​​ π ·  ​​   4 4

rd

En sylinder har diameter på 50 mm og slaglengde på 100 mm. Vi regner i cm fordi vi lett kan få svaret i bar ved å dividere med 10.

Dersom vi skal regne ut arealet på den siden der stempelstanga sitter (minuskammeret), må vi trekke fra arealet av tverrsnittet på stempelstanga. A1 er arealet av hele stempelets overflate i mm2.

Kraft

til

A2 er arealet av stempelstanga i tverrsnittet målt i mm2.

n

Kraften i plussretning er når stempel­stanga går ut, og da regner vi med hele arealet.

Ku

F=p·A der

F er kraft

p er trykk

A er arealet

2 1

F

A1 A2


146 DEL 2 //

Kraften i minusretning blir noe mindre på grunn av stempelstanga, som opptar noe av arealet: F = p · (A1 – A2)

g

EKSEMPEL

er in

Hvis vi skal løfte en vekt på 500 kg, kan vi regne ut trykket vi trenger å løfte med, når vi bruker sylin­deren i eksemplet over: Først regner vi ut F, som er vekten i kg multiplisert med 9,81. F = 500 · 9,81 = 4905 N

​​ 4905  ​​   = 250 N/cm3 = 25 bar Trykket, p = __ ​​  F ​​ som gir p = _____ A 19,6

rd

F er kraften i N (newton) p er trykket i N/cm2.

Dobbeltvirkende sylinder

Tandemsylinder med stempelstang ut i begge ender

Ku

n

til

vu

Noen av de mest vanlige sylindrene

Lineær sylinder med angitt lengde for arbeidsområde


Kapittel 3  /  Hydraulikk 147

Hydraulikksylinderen er bygd opp med deler som skal tåle langt større trykk enn den pneumatiske sylinderen. Delene kan bestilles som et reparasjonssett. 1

2

3

4

5

6

7 8 9

Denne sylinderen består av 1 plusskammer 2 stempelpakning

g

3 stempel

4 minuskammer 5 stempelstang

er in

6 sylinderrør

7 stempelstangfôring

8 stempelstangpakning 9 avskraper

Støtdemperprinsippet

rd

Stempelstangpakningen (8) står imot trykket og tetter for oljen, mens avskraperen (9) sørger for at det ikke kommer støv og skitt inn. Pakningene kan ha forskjellige utforminger i tverrsnittet for å fungere best mulig, alt etter hva den hydrauliske sylinderen skal brukes til. Sylinderen kan festes med forskjellige festeinnretninger.

vu

En støtdemper er også en form for sylinder, der oljen i sylinderen bremses gjennom små hull. Det gir en langsom bevegelse. Dersom det oppstår lekkasje, vil oljen passere gjennom alternative veier eller lekke ut, og derfor virke svært dårlig.

til

Øvre feste

n

Stempelstang

Ku

Olje

Reservesylinder Trykkrør

Baseventil

Nedre feste

Støtdemper og prinsippet for bevegelsen.


148 DEL 2 //

Motor

g

I motsetning til sylinderen vil en motor utøve et dreiemoment og skape rotasjon av det tilførte hydrauliske trykket, for eksempel få et hjul til å gå rundt. En pumpe og en motor er i prinsippet bygd opp på samme måten, men en pumpe skaper trykk av dreiemomentet som kommer fra en ekstern motor.

er in

Det finnes flere typer motorer med ulik konstruksjon. Stempelmotorer og motorer med utvendig eller innvendig fortanning er mye brukt. Det viktigste å tenke på når vi skal velge motor, er hvor stor kraften er som skal overføres i rotasjonsretningen (momentet), og hvor stort arbeidst­rykk som kreves.

til

vu

rd

I likhet med for eksempel en elektromotor er vi avhengige av en kraft­ kilde for at hydraulikkmotoren skal skape rotasjon. Kraften hentes fra det hydrauliske aggregatet. Det kan være stasjonært (fastmontert) eller mobilt (flyttbart eller i kjøretøy). Kraften kan også komme direkte fra en justerbar stempelpumpe som drives av en elektromotor. Trykket blir overført med slanger eller rør som går fram til motoren.

Ku

n

Symbol for motor.

Denne motoren er beregnet for et arbeidstrykk på 60 bar, men kan brukes ved trykk opptil 120 bar. Hydraulisk olje under trykk blir koplet til tilkoplingsporten. Oljen driver tannhjulene i motoren rundt før den går tilbake til tanken. Denne sirkulasjonen foregår så lenge motoren er i gang. Motoren kan kjøres i begge retninger. Legg merke til at symbolet har piler mot sentrum i sirkelen, i motsetning til symbolet for en pumpe, der pilene peker ut fra sentrum i sirkelen. Pilene viser strømretningen for enhetene.


Kapittel 3  /  Hydraulikk 149

Volumstrøm

Formelen for volumstrøm er q = _______ ​​  V · 60   ​   1000 · t

er in

q står for volumstrøm i liter per minutt (L/min), V er sylindervolumet, målt i kubikkcentimeter (cm3), og t er tiden i sekunder (s).

g

Volumstrømmen er mengden av olje som pumpes inn i en sylinder i løpet av en viss tid.

Repetisjon

rd

1 Kan du bruke en pneu­matisk sylinder i et hydraulisk anlegg? Begrunn svaret ditt. 2 Hva kan du bruke en hydraulisk sylinder til?

3 Når velger du en hydrau­lisk motor framfor en sylinder?

Akkumulator

vu

4 Hva er forskjellen mellom symbolet for en hydraulisk motor og symbolet for en hydraulisk pumpe?

Ku

n

til

I hydrauliske kretser finner vi forskjellige komponenter, blant annet akkumulatoren. En akkumulator er en tank med en gass, ofte innkapslet i en blære, som fungerer som trykklager. I ulike arbeidssykluser vil akkumulatoren raskt fordele oljen der den trengs. Den brukes også for å fjerne forstyrrelser, slik at bevegelsen blir jevnere, og da fungerer den som demper.

1

0 P

2 T Akkumulator.


150 DEL 2 //

Trykkbeholderen blir fylt opp når ventilen er åpen. Gassen, som er adskilt fra den hydrauliske væsken, kondenserer i denne prosessen. Hvis trykkluft er tilkoplet, vil volumet av den kondenserte gassen utvide seg og fortrenge væsken som er lagret i trykkbeholderen.

g

Den lagrede væsken tilsvarer endringen i gassvolumet mellom nedre arbeidstrykk og nåværende arbeidstrykk.

er in

Arbeidstrykket kan leses av på manometeret. Trykkbegrensningsventilen beskytter trykkbeholderen mot for stort trykk (overbelastning). Fyllingstrykket til beholderen kan kontrolleres og/eller endres på ventilen ved hjelp av fyllings- og testutstyr.

Hydraulikkslanger

rd

I hydrauliske systemer er vi avhengige av å kunne lede hydraulikkolje gjennom slanger som går mellom hydraulikkaggregatet og de forskjellige delene av systemet, som retningsventiler og arbeidsenheter. Hydraulikkslanger velges ut fra

vu

• hvor stort trykk de skal tåle

• hvor høy temperatur de er utsatt for • lengden på slangene

til

• hva slags væske som skal gå i dem, og hvilke kjemikalier som påvirker dem fra utsiden

Ku

n

• om de skal kunne koples raskt til og fra (hurtigkoplinger)

Når du kopler til eller fra slanger, kan det hende at du strever med å løsne en slange. Årsaken er som regel trykk på innsiden. For å unngå det må du sørge for å trykkavlaste systemet før demonteringen.


Kapittel 3  /  Hydraulikk

HMS Installasjon

Galt

Riktig

Kommentar

• Slipp ut alt trykk fra trykk­ begrensningsventilen ved å skru mot klokka.

v

r r min. v v

v

r r min. r r min. r min. r min. r min. r min. r min. d d d d r min.

• Åpne strupeventilene.

• Aktiver retningsventilen.

v

v

v v

r r r min. r min.

r min. r min.

d

• Slipp ut trykket i trykk­ reduksjons­ventilen ved å skru med klokka. • Bruk aldri makt!

vu

d

rd

Velg riktige koplinger for 1,5 d å unngå for liten r min. r min. r min. bøyeradius. 1,5 d 1,5 1,5 d d Slangen må ikke bøyes r min. rett etter koplingen. r min.

r r min. r r min.

• Slå av trykktilførselen fra aggregatet.

er in

Unngå torsjonsvridning av slangeenheten. Hvis bevegelige deler kan forårsake vridning, er det viktig å unngå det ved å installere riktig.

Trykkavlastning av slanger Før du kopler fra en slange i et hydraulisk system, må du være sikker på at det ikke er trykk i slangen. Det gjør du slik:

g

Koplingskategorier og valg

r min.d d r min.

1,5 d 1,5 d

1,51,5 dd

til

r min. r min.

slitasje

slitasje slitasje slitasje

Unngå kontakt med deler som kan forårsake slitasje. Hvis slangen skal være i bevegelse, er det viktig med riktig slangelengde for å unngå strekk og slitasje.

n

v

r r min. v v

v

r r min. r r min. r min.

slitasje

Ku

slitasje slitasje slitasje slitasje slitasje slitasje slitasje

min. dist. min. dist. min. min. dist.dist.

Kilde: TESS

v

r r min. r r min. v

v v

r r r min. r min. Når duslitasje skal bestemme dimensjon på slangen, kan du bruke nomo­ slitasje grammet på neste side. slitasje slitasje

151

min. dist. min. dist. min. min. dist. dist.

nomogram: grafisk bilde av formel eller likning


152 DEL 2 //

n

til

vu

rd

er in

g

Slangedimensjonering

Ku

Hastighetsområdene gjelder for normal mineralolje under vanlig driftstemperatur. Velg i det lave området dersom du skal bruke slangene i et system som skal driftes under lave temperaturer og kontinuerlig drift. Det gjelder også trykkledninger for motordrift. Lange ledninger dimensjoneres etter trykkfallet.

Ved slangedimensjonering kan du bruke nomogrammet og legge en linjal fra en gitt verdi på skalaen for gjennomstrømning (L/min) og en gitt verdi på skalaen for gjennomstrømningshastighet (m/s). Du finner innvendig diameter på slangen der linjalen krysser den midterste skalaen.


Kapittel 3  /  Hydraulikk 153

Hydrauliske systemer Når du skal beregne et hydraulisk anlegg, må du derfor ta hensyn til hvor stor kraft som skal belaste arbeidsenheten.

er in

Pumpa som skal levere nok trykk til arbeidsenheten, må så dimen­ sjoneres (beregnes) ut fra behovet. Deretter velger vi ventiler, filter, oljekjøler/oljevarmer, slanger og kuplinger.

g

Hydrauliske systemer består av styringsenheter og arbeidsenheter. Arbeidsenhetene utfører selve arbeidet.

vu

rd

På figuren ser du en enkel kopling der en sylinder skal drives av en 4/3-ventil som er styrt av en spak med returfjær til stengt midtstilling.

til

En enkel skisse over de forskjellige delene i et hydraulisk anlegg (venstre) og samme krets framstilt skjematisk.

Ku

n

Oljen blir renset av et filter før den går gjennom pumpa og videre til ventilen. Når spaken skyves mot venstre, vil den høyre firkanten i ventil­ symbolet stå ved linjene inn og ut. Da vil oljen strømme inn gjennom minuskammeret ved stempelstanga og skyve stempelet i sylinderen mot venstre. Oljen som skyves framover i sylinderen, blir ført tilbake til tanken via ventilen. Studer pilene (flytretningen) for å forstå symbolet. Når spaken ikke håndteres, går ventilen i midtstilling og stenger for gjennomstrømning. Ved betjening mot høyre vil firkanten til venstre stå ved linjene, og oljen strømmer gjennom ventilen til plusskammeret i sylinderen, slik at sylinderen går i plussretning. Retur av olje til tanken strømmer fra minus­kammeret gjennom ventilen.


154 DEL 2 //

En komplett hydraulisk krets kan se ut slik figuren viser.

1 Tank 2 Tannhjulspumpe

g

3 Tilbakeslagsventil 4 Returfilter 100 50

150

100 50

9

250

5 Manometer (trykkmåler)

200

er in

200

0

150

0

5

250

6 Trykkbegrensningsventil

5

7 4/3-retningsventil

8 Strupe-/tilbakeslagsventil

A

B

vu

7

100

5

50

150

200

250

til

0

3

Ku

n

4

9 Hydraulikksylinder

8

rd

8

2

1

6


Kapittel 3  /  Hydraulikk 155

Et skjema for dette anlegget kan se slik ut.

9

5

rd

5

8

til

7

vu

8

5

6

Ku

n

4 3

2

1

fittings: koplinger og overganger med gjenger som blir skrudd sammen mellom slanger, rør og komponenter

er in

Hydraulikkaggregatet er et innebygd system, og du kopler bare slanger fra aggregatet til trykk (p) og retur (T) rett inn på 4/3-ventilen, og fra ventilen videre til hydraulikksylinderen. Ofte brukes hurtigkoplinger, men også andre typer fittings brukes ute i industrien. Fittings er betegnelsen på koplinger og overganger med gjenger som blir skrudd sammen mellom slanger, rør og komponenter i systemet.

g

Dette systemet består av et hydraulikkaggregat og alt som følger med: filter, pumpe (motoren vises ikke her), trykkbegrensningsventil, tilbakeslagsventil og manometer.


156 DEL 2 //

Krets i en gravemaskin

g

På en gravemaskin brukes hydraulikk til å styre grabben som skal grave. Den er «spaden» på gravemaskinen. Hydraulikktrykket kommer fra oljepumpa, som blir drevet av motoren. Oljen som blir pumpet inn i systemet, kommer fra en hydraulikktank i gravemaskinen.

Grabb på gravemaskin

er in

Under graving betjenes spaken inne i gravemaskinen. Når spaken ikke betjenes, står 5/3-ventilen i midtstilling og stenger for hydraulikkoljen (markert med gult). Da vil grabben stå i ro.

Sylinder

rd

Styreventil

Stopp-posisjon

Symbol til styreventil

vu

Pumpe

Oljetank

Gravemaskinen i stopp-posisjon.

Ku

n

til

Når spaken trekkes mot operatøren i gravemaskinen, vil den venstre delen av ventilsymbolet (markert gul) være i funksjon. Hydraulikkoljen pumpes dermed inn i framgavlen på den hydrauliske sylinderen som styrer grabben. Det fører til at grabben åpner seg fordi sylinderen går i minusretning. Grabb på gravemaskin

Sylinder

Styreventil Åpne grabb Symbol til styreventil Oljetank

Pumpe

Grabben åpner seg når spaken trekkes mot operatøren.


Kapittel 3  /  Hydraulikk 157

Grabb på gravemaskin

g

Dersom grabben skal styres ned i bakken for å grave, betjenes spaken forover. Det fører til at den høyre delen av 5/3-ventilen (markert med gult) er i funksjon og fører hydraulikkoljen inn på bakgavlen på sylinder­ en. Sylinderen går i plussretning og skyver grabben framover til den lukkes.

er in

Sylinder

Styreventil

Lukket grabb Symbol til styreventil

Lukket grabb.

rd

Pumpe

Oljetank

vu

Sylinderen kan også stanses i en tilfeldig stilling og «låses» slik at den ikke mister kraften.

til

Kretsen som styrer grabben, består vanligvis av en oljetank, en hydrau­ likk­pumpe, en 5/3-retningsventil og en tilbakeslagsventil som åpner for oljeretur til tanken dersom ventilen ikke betjenes. I tillegg må den ha en dobbeltvirkende sylinder som styrer grabben. Grabb på gravemaskin

Ku

n

Sylinder

A

Slide S

B

Retningsventil P Pumpe

T

M

Oljetank T


158 DEL 2 //

Hydraulisk jekk Å løfte tunge gjenstander er av og til nødvendig. Når du skifter hjul på en bil, kan det være nyttig med en hydraulisk jekk.

er in

g

Oppgaven til jekken er å utføre et tungt løft mens du bruker håndkraft uten særlig anstrengelse. Når kraften fra stempelet i S1 skyver hydraulikkolje over i sylinder S2, utgjør det en liten bevegelse på S2 i forhold til S1.

I prinsippet er trykket på hver kvadratmillimeter flate like stort på begge sider.

Kraft fra sylinder

rd

Kraft fra stempel

F1

Radius r1 Pumpe

vu

S1 h1

Radius r2

Rør

Prinsippet for en hydraulisk jekk.

til

Trykket regner vi ut ved å bruke formelen

p = __ ​​  F  ​​ A p er trykket i N/cm2

Ku

n

A er arealet i cm2 = π · r2 F er kraften i newton (N)

Kraft fra last

F2 S2 h2


Kapittel 3  /  Hydraulikk 159

EKSEMPEL

Vi skal regne ut løftekraften på S2 når kraften vi utøver mot stempelet i pumpa ved sylinderen S1, er 800 N (ca. 82 kg), og arealet av stempelet er 2,5 cm2 (A1). Arealet av stempelet i sylinderen S2 er 14 cm2 (A2).

F1 800 ​​   ​​ = 320 N/cm2 = 32 bar p = __ ​​   ​​  = ____ A1 2,5

er in

g

Vi begynner med å finne trykket i systemet:

Trykket i systemet er 32 bar, og det overføres til det andre stempelet. Løftekraften på S2 blir da F2 = p · A2 = 320 · 14 = 4480 N (1 newton (N) = 9,81 kg)     457 kg 4480 N utgjør dermed _____ ​​ 4480 ​​= 9,81

rd

Vi kan også regne ut hvor mye S2 vil bevege seg oppover når vi skyver S1 10 cm nedover.

V1 = V2.

vu

Volumet av oljen som forskyves, er det samme i begge sylinderne:

Det kan vi også skrive slik: h1 · A1 = h2 · A2 Vi snur på denne formelen og finner h2:

til

h1 · A1 ______ 10 · 2,5  ​​  = 1,78 cm h2 =_____ ​​   ​​     = ​​    A2 14

Hvis vi skyver S1 10 cm nedover, vil altså S2 bevege seg 1,78 cm oppover.

n

Hydrauliske bremser

Ku

På kjøretøy er det vanlig med hydrauliske bremser, ofte med to kretser, slik at det fremdeles er bremsekraft hvis en av dem ikke virker. Prinsippet er det samme som for jekken vi så på, fordi det er et lite stempel som skyver hydraulikkolje over til bremseklipperen, der stemplene lager friksjonskraft mot bremseskiva. Kraften mot bremse­ skiva og hvor mye stemplene beveger seg, kan regnes ut på samme måten som for en jekk. Det er denne friksjonen som bremser kjøretøyet. På en motorsykkel er pedalen byttet ut med en bremsehendel, og den gjør samme nytten.

Hydrauliske bremser i et kjøretøy.


160 DEL 2 //

Vedlikehold og reparasjon

g

Dårlig vedlikehold fører til feil og av og til svikt i hydrauliske systemer, og dermed høye kostnader. Derfor er det viktig at de som skal utføre vedlike­hold og reparasjoner på anlegg, er servicepersonell med lang erfaring og god kompetanse i faget hydraulikk.

er in

Forebyggende vedlikehold er et tilpasset opplegg med jevnlig vedlike­ hold etter en bestemt plan. Periodisk kontroll tas gjerne flere ganger i året. Reparasjon etter driftsstans. Bedrifter som selger det hydrauliske utstyret, tilbyr gjerne en vakttelefon med mulighet for at service­ personell kan rykke ut ved driftsstans. Det er da viktig for disse bedriftene å ha rikelig med deler på lager og et eget verksted for reparasjoner som ikke kan utføres på stedet.

rd

Hvis du under drift eller inspeksjon oppdager feil, mangler eller slitasje, må du • umiddelbart slå av den hydrauliske kretsen

vu

• undersøke årsaken og rette på feilen

• erstatte eventuelt defekte komponenter

til

Feil på hydrauliske anlegg koster store beløp hvert eneste år, enten det skyldes dårlig vedlikehold eller annen type svikt. Det er derfor viktig at systemet • har riktig konstruksjon til formålet

Ku

n

• er driftssikkert og har lang levetid • er service- og vedlikeholdsvennlig • er brukervennlig og funksjonelt • er stillegående • har høy virkningsgrad og lang levetid • er trygt med hensyn til HMS • er fritt for lekkasjer • har god dokumentasjon


Kapittel 3  /  Hydraulikk

161

Feilsøking Feil

Årsak

Tiltak

Det er ikke trykk på anlegget.

Pumpa som er koplet til motoren, er ikke i gang.

Slå på hovedbryteren.

Koplinger er vanskelige Trykket ble ikke avlastet. eller umulige å få på plass.

g

Feil kopling av slanger. Strupeventilen er stengt.

Les skjemaet og kople opp på nytt.

er in

En sylinder går verken ut eller inn ved betjening av ventil.

Løs opp trykket.

Hydraulikkpumpa er ikke slått på.

Åpne strupeventilen.

Slå på hovedbryteren, eller start motoren som driver pumpa. Bytt et tett filter.

For lavt trykk.

Ulyd i hydraulikkpumpa.

Bytt ut pumpa.

Tomt for hydraulikkolje.

Kontroller og fyll på riktig olje.

Vann i oljen på grunn av kondens.

Oljeskift er nødvendig.

Feil mellom en slange og koplingen som er presset på.

Bytt slangen uansett grunnen til problemet. Velg en slange som er kompatibel med mediet.

vu

Drypp/svetting fra en slangekopling.

Slitasje eller defekt pumpe.

rd

Pumpa virker ikke.

Unngå feil dimensjon på slanger, rør eller rørdeler.

Slangen blir strukket mellom bevegelige deler. Slangen er for kort.

Oljen tærer på slangens innside på grunn av feil type slange i forhold til olje/væske. Koplingen har vært utsatt for omgivelser som kjemikalier, fuktighet eller saltvann som har forårsaket rust.

Skift ut koplingen til riktig materialkvalitet etter hvilke omgivelser den skal brukes i.

Blærer kommer til syne i yttergummien.

Væske/gass trenger seg gjennom innertuben, for så å legge seg mellom slangens armering og yttergummien.

Bytt til en slange som er bedre egnet.

n

til

Korrosjon i en kopling.

Ku

Lekkasje ved gjenge eller pakkflate.

Lekkasje ved gjenge eller pakkflate på grunn 1 Løsne komponentene. av ødelagt eller mistet o-ring. 2 Mange koplinger har en o-ring som eventuelt må byttes. Ødelagt gjenge eller pakkflate. Gjenger som ikke passer sammen eller feil gjengetype. Forskjellige grader på pakkflaten. Feil tiltrekkingsmoment.

3 Sjekk pakkflatene. Alle sår og arr kan forårsake lekkasje. Om koplingen er satt på feil eller skeivt, kan gjengene ha blitt ødelagt. Bytt om nødvendig. 4 Bruk rett tiltrekkingsmoment.


162 DEL 2 //

Oppsummering

Repetisjon

Et hydraulikkaggregat er et komplett system som brukes til å pumpe hydraulikkolje inn i et hydraulisk anlegg.

1 Hva er forskjellen mellom hydraulikk og pneumatikk? 2 Hva menes med et hydraulikkaggregat?

Hydrauliske anlegg kan arbeide med et trykk på over 300 bar og kan derfor utgjøre en risiko.

Anleggsmaskiner har innebygde hydrauliske anlegg som får trykk fra en pumpe som drives av motoren i kjøretøyet.

4 Nevn noen eksempler på maskiner eller utstyr som bruker hydraulikk.

Det finnes ventiler som styres manuelt, elektro­ mekanisk (med solenoid), pneumatisk (trykkluft) eller hydraulisk.

6 Hvilke egenskaper bør en hydraulikkolje ha?

er in

g

3 Hvor stort trykk kan forekomme i hydrauliske kretser?

5 Hvorfor bruker vi filter fra hydraulikktanken?

7 Hva menes med kavitasjon?

Ventiler har ofte tre stillinger, som i en 4/3-ventil, der midtstillingen er «hvilestilling».

8 Hva er hensikten med oljekjølere og olje­ varmere?

Trykkbegrensningsventiler sikrer at trykket ikke overstiger det anlegget tåler.

9 Når bruker vi en volumstrømventil?

Hydraulisk olje er klassifisert etter hvor høyt trykk og hvor høy temperatur det hydrauliske anlegget arbeider med.

rd

vu

10 Hvorfor bruker vi en trykkbegrensningsventil i hydrauliske anlegg?

Tannhjulspumper, stempelpumper (aksial­ pumper) og lamellpumper er de vanligste pumpene.

Hydraulikk brukes i anleggsmaskiner, løfte­ utstyr, vedkløyvere, roboter, undervanns­ konstruksjoner, kraftoverføring på kjøretøy, styringssystemer på større båter, støtdemping og servo (hjelpekraft) til bremser og styring på kjøretøy.

Ku

n

til

11 Forklar virkemåten til a en tannhjulspumpe b en aksial stempelpumpe c en lamellpumpe 12 Hva er en akkumulator? 13 Hvordan virker en støtdemper? 14 Hvilke kriterier velger vi en hydraulikkslange ut fra?


Kapittel 3  /  Hydraulikk 163

Oppgaver

2 En jekk er utstyrt med en pumpe der stempelet (S1) har et areal på 3 cm2. Kraften vi bruker på pumpa, er 600 N. Arealet til stempelet på løftesylinderen (S2) er 20 cm2.

er in

a Hvor stor kraft får vi på løftesylinderen? b Hvor mye utgjør det i kilo?

c Hvor langt beveger løftesylinderen seg for hver gang vi skyver S1 8 cm inn? 3 Hva slags ventil og sylinder blir brukt på gravemaskinen i dette kapitlet?

rd

4 Se på brukerveiledningen til hydraulikkaggregatet som brukes som trykkilde for treningssystemet på skolen. Gjør disse oppgavene med en eller flere elever: a Hva slags viskositet skal oljen på tanken ha, og hva slags hydraulikkolje er dette (tilleggsbokstaver)?

vu

b Hvor stor mengde (volumstrøm) leverer pumpa i aggregatet?

c Sjekk oljenivået på tanken, og finn ut når neste tidspunkt for oljeskift er. Hvis oljen må skiftes, gjør du det. Ellers fyller du bare på hvis nivået er for lavt.

til

d Hvor skal hydraulikkoljen som tappes av tanken på aggregatet, deponeres?

n

5 Lag en stanse til en 1 mm plate ved å frese ut et spor i den nederste klossen på 50 mm bredde. Klossen kan være 150 x 30 mm, med tykkelse 20–30 mm. Fres ned sporet med 10 mm. Kraften til å lage plateprofilen tar du fra en hydraulisk presse. Hvor stort trykk (i bar) må du ha for å få et godt resultat?

Ku

g

1 Hvor stort volum har en sylinder med diameter 45 mm og slaglengde på 150 mm?


g er in

4 Automatisering

rd

MÅL

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du vite hva automatisering er

vu

kjenne til simuleringsprogrammer for dokumentasjon og testing av styringssystemer kjenne til bruken av ladderdiagram (stigediagram) LD, strukturert tekst (ST), funksjonsblokkdiagram (FBD) og sekvensdiagram (SFC) kjenne til grunnprinsippene for en PLS

til

kjenne til forskjellige programmeringsmetoder for PLS og automatiserte systemer

Ku

n

Automatisering er det motsatte av manuelt arbeid. Vi bruker for­ skjellige teknikker og programmer for å lage et system som gjør jobben for oss uten at vi behøver å gjøre noe annet enn å overvåke systemet. Automatiseringen øker produksjonsmengden og senker kostnadene ved produksjonen av varer. Dessuten gir en automatisert prosess større nøyaktighet på produktene og stor fart på produksjonen. På den måten blir vi i stand til å konkurrere med andre på markedet.


Kapittel 4  /  Automatisering 165

logisk funksjon: funksjon der ett eller flere kriterier må være oppfylt før det skjer noe

til

vu

rd

er in

Logiske funksjoner brukes mye i automatiserte prosesser. Dersom vi vil at en motor skal starte når to brytere er aktivert samtidig, bruker vi for eksempel en OG-funksjon. Denne funksjonen gjør det mulig å styre motoren slik at den starter bare når disse kriteriene er oppfylt. Funksjonen kan også programmeres direkte i en PLS (= programmer­ bare logiske styringer), der de to bryterne er koplet til inngangene, og motoren er koplet til utgangen. Så defineres oppgaven i programmet som styrer PLS-en. Det finnes også flere muligheter vi skal se nærmere på her.

g

Logiske funksjoner

Automatiserte prosesser øker produksjonen.

Ku

n

Logiske funksjoner benyttes blant annet i elektroteknikk og trykkluft­ teknikk. For eksempel kan vi ønske at to ventiler må betjenes samtidig for å aktivere en sylinder. Andre ganger vil vi at sylinderen skal bli aktivert, uansett hvilken av de to ventilene vi betjener. På samme måten kan vi ønske at to elektriske brytere må betjenes for at en elektromotor skal kunne starte, eller at elektromotoren skal starte uansett hvilken av de to bryterne vi betjener.


166 DEL 2 //

De viktigste logiske funksjonene er • OG (AND) • ELLER (OR)

g

• JA (YES)

A A A A B B B B

A A & A & B B A & & B B

A A A A B B B B

A A 1 A 1 B B A1 B1 B

& X & X & X X &

1 X X1 X1 X 1

1a X X 1a 1a X 1a X

1a X X 1a 1a X 1a X

vu

ELLER (OR)

VV VV

rd

OG (AND)

Logisk symbol

V V VV

Funksjon

er in

• IKKE (NOT)

JA (YES)

Ku

n

til

IKKE (NOT)

A A A A

A A A A

A 1 A 1 1 A 1 A

A 1 A 1 1 A 1 A

1 1X X 1X 1X

1 X 1X 1X 1X

10 X X10 10 X10 X

12 X X 12 12 X 12 X

2 2 1a 2 1a 2 1a 1a

Ventilsymbol

2 2 1a 2 1a 2 1a 1a

10 10 10 10

12 12 12 12

2 2 2 1b 2 1b 1b 1b

1b 1b 1b 1b

2 2 2 1b 2 1b 1b 1b

1b 1b 1b 1b

2 2 2 2

2 2 2 2 3 3 3 3

3 3 3 3

1 1 1 1

1 1 1 1 2 2 2 2

2 2 2 2 3 3 3 3

1 1 1 1

3 3 3 3

1 1 1 1

I tillegg har vi en tidsfunksjon («time delay») som benyttes når vi vil ha en forsinket innkopling, en minnefunksjon («memory») og en pulsfunksjon («pulse»).


Kapittel 4  /  Automatisering 167

Funksjonstabell Vi setter opp de logiske funksjonene i en funksjonstabell eller sannhetstabell, som viser konsekvensene av en handling.

g

Du har tom tank på bilen = SANT = 1

USANT = 0

er in

Du må ut og kjøre med bilen = SANT = 1

Da vil funksjonstabellen for en OG-funksjon mellom de to utsagnene se slik ut: Må ut og kjøre

Konklusjon

Sant

Sant

Fylle bensin

Sant

Usant

Ikke fylle

Usant

Sant

Ikke fylle

Usant

Usant

Ikke fylle

vu

rd

Har tom tank

I koding brukes «true» (sant) og «false» (usant) som en del av programmeringen.

OG-funksjonen

til

«Du har tom tank på bilen» OG «du må ut og kjøre med bilen» er en logisk OG-funksjon. Konklusjonen blir at du må fylle bensin.

Ku

n

Her følger to eksempler som viser OG-funksjonen brukt på pneumatikk og i en elektrisk krets.


168 DEL 2 //

EKSEMPLER Pneumatikk

g

Se på figuren. Her er det ikke nok at vi betjener den ene ventilen, for den andre vil fremdeles stenge for luftstrømmen inn til sylinderen. Men blir ventilene betjent samtidig, vil luftstrømmen passere gjennom begge og aktivere sylinderen.

er in

OG-ventilen brukes vanligvis i stedet for denne typen kopling. På skjemaet under vises en OG-ventil som er styrt av to 3/2-ventiler med elektrisk styring. Når den venstre 3/2-ventilen betjenes, går det luft inn på port 12 og stenger for luft til port 2. Det samme skjer hvis vi betjener den andre 3/2-ventilen.

rd

Betjenes begge 3/2-ventilene, får både port 12 og port 14 luft samtidig. Det vil gi luft til port 2 på OG-ventilen og aktivere sylinderen fordi stempelet blir stående i midtstilling.

2

vu

12

2

12

14

2

12

3

1

3

til

1

Ku

n

Elektro

Hvis vi setter opp en elektrisk krets med en tilsvarende funksjon, kan den se slik ut: Bryter 1 A

Batteri

Funksjonstabell for OG-funksjonen

Bryter 2 B

Lampe

F

A

B

F

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

Her må vi betjene begge bryterne, det vil si A OG B, for å slå på lyset.


Kapittel 4  /  Automatisering 169

ELLER-funksjonen

2

3

er in

g

ELLER-kretsen på figuren nedenfor består av to 3/2-retningsventiler og en vekselventil (ELLER-ventil).

2

1

3

1

rd

Med ELLER-funksjonen blir sylinderen aktivert når en av de to ventilene aktiveres.

Funksjonstabell for ELLER-funksjonen

Bryter 2 B

F

A

B

F

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

til

Batteri

Lampe

vu

Bryter 1 A

Uansett hvilken av de to bryterne som betjenes, det vil si A ELLER B, blir lyset slått på.

Ku

n

Det finnes også andre funksjoner som kan være nyttige i programmer­ ingen av PLS-er, men de funksjonene går vi ikke nærmere inn på her.


170 DEL 2 //

Ventiler med solenoid Til elektrisk styring av pneumatiske ventiler benyttes magnetventiler (solenoider). Det er ventiler som blir styrt ved hjelp av en elektromagnet. Symbolet for solenoiden plasseres på et ventilsymbol.

er in

g

Ved hjelp av en elektromagnet kan vi enkelt overføre elektriske signaler til en pneumatisk ventil.

Symbol for solenoid.

EKSEMPEL

0V

3

3

K1

rd

4

4

5

3

1

A1

K1

vu

S1

2

4

S1 A2

+24 V

til

Enkel kopling der en dobbeltvirkende sylinder styres fram og tilbake ved hjelp av en magnetventil (solenoid).

Ku

n

Bildet viser en enkel krets der bryteren S er utstyrt med en låsestilling. Når vi trykker manuelt på denne bryteren, koples releet K1 inn, og dermed bryteren K1 på høyre side av det elektriske skjemaet. Magnet­ ventilen får da spenning og aktiverer sylinderen ved hjelp av 5/2-ventilen. Trykker du en gang til på bryteren, vil spenningen til K1-releet brytes, og ventilens fjærretur sørger for at 5/2-ventilen returnerer til utgangs­ punktet og setter stempelet i sylinderen i minusbevegelse.


Kapittel 4  /  Automatisering

171

EKSEMPEL PÅ PRAKTISK AUTOMATISERING

g

Pneumatikk kan brukes til å utføre et bestemt arbeid på en stasjon langs en produksjonslinje. I dette enkle eksemplet brukes en dobbeltvirkende sylinder til å skyve et produkt ned til neste nivå i prosessen.

er in

1.2

rd

2B1

Klossene som kommer ned fra skråplanet, blir skjøvet ut til høyre. Når sylinderen er helt ute, vil stempelstanga treffe bryteren 2B1, som i sin tur setter i gang returbevegelsen på stempelet.

vu

For å utføre denne koplingen trenger du en komponentliste. Dette er bare et eksempel på hvordan en gjenstand kan sendes videre i en større prosess. Komponentliste

Pneumatisk

Antall Beskrivelse

til

Posisjonsnummer

1

Regulator med filter og 3/2-retningsventil 0,5–10,0 bar

1

Pneumatisk fordeler med 6 uttak

1.2

1

Dobbeltvirkende sylinder med d = 25 mm, h = 100 mm

1.3

1

5/2-magnetventil G 1/8 med fjærretur

1.4

1

Strupe-/tilbakeslagsventil G 1/8

1

Elektrisk rulleknappbryter

1.0

Ku

n

1.1

Elektrisk 2B1

Tilbehør

Kabler, slanger, T-stykker


172 DEL 2 //

Rørgjenger

g

Gjengene på komponentene 1.3 og 1.4 er spesifisert med G 1/8. Det er en type rørgjenger som blir mye brukt på pneumatiske komponenter. I motsetning til R 1/8-gjenger, som du finner i tabeller i Verkstedhåndboka, betyr «G» her at gjengene har samme diameter over hele gjengepartiet. Gjenger per tomme

Nominell gjengediameter

G 1/8

28

9,728 mm

G 1/4

19

G 3/8

19

G 1/2

14

er in

Gjenger BSP

13,157 mm 16,662 mm 20,955 mm

rd

British Standard Pipe Parallell Thread (BSPP) er betegnelsen for disse gjengene. Gjenger med «R» har konisk gjengeparti, noe som gjør at de tetter bedre når du skrur dem fast. På «G»-gjenger er det som regel en pakning.

vu

Elektrisk kopling

Dette skjer når du kopler opp etter koplingsskjemaet: 2B1

til

1.2

Ku

n

1.3

0V

S1 13

14

1

2 13

1.4 S2

14

4

2

5

3

1M1

K1

13

14

K1

23

24

A1

1M1 1

A2

2

K1

1

+24 V

Koplingsskjema.

Hvis det er strøm fram til solenoiden 1M1 på 5/2-retningsventilen, skifter ventilen, og stempelet i sylinderen går i plussretning. Stempelstanga på sylinder 1.2 fortsetter til den treffer bryteren 2B1. Når det ikke er strøm fram til solenoiden, skifter ventilen tilbake, og stempelstanga i sylinder 1.2 går i minusretning.


Kapittel 4  /  Automatisering 173

Farten på stempelstanga kan justeres ved å strupe luftstrømmen på strupe-/tilbakeslagsventilen 1.4 når lufta presses ut av sylinderen. Forklaring til den elektriske koplingen

er in

g

Spenningen settes på med bryteren S1. Når S2 lukkes, får kontaktoren K1 24 V spenning på A1 og A2. Kontaktoren vil da lukke to brytere. Den ene er holdekontakten med nummer 13 og 14, som gjør at kontaktoren (K1) fortsatt har spenning når S2 slippes. Den andre bryteren med nummer 23 og 24 aktiverer solenoiden 1M1 slik at retningsventilen blir aktivert.

Stempelstanga går ut og treffer bryteren 2B1, som da åpner og kutter forbindelsen til K1, slik at solenoiden 1M1 ikke lenger har spenning. Dermed vil returfjæra på ventilen sørge for at ventilen skifter tilbake til normalstilling, og stempelet går inn (i minusretning).

rd

Sekvensdiagram

vu

Sekvensdiagrammet viser arbeidsgangen på en sekvens, det vil si det som skjer når bryterne i den pneumatiske kretsen aktiveres og deaktiveres. Sekvensdiagrammet kan beskrives slik:

1

Initialisering Passiv handling

1

Aktiv handling

“Betingelse for start”

til

S1 S2 2B1 2

1M1:= 1

“Sylinder ut”

n

Ku

1M1:= 0

1

2

“posisjon for endestopp”

2B1 3

Rulleknapp bryter på “1”

“Sylinder inn”

1M1:= 1 2B1

3

Rulleknapp bryter av “0” 1M1:= 0

1

Til start


174 DEL 2 //

Praktisk oppgave

g

Sett opp komponentene i skjemaet slik figuren under viser. Gjør det først som en øvelse på tavla for å se om det vil fungere i praksis. Det er viktig å ha et godt system, enten du øver deg eller monterer komponenter som skal brukes i en produksjon.

er in

Da er det også lettere å utføre vedlikehold, fordi det er oversiktlig og ryddig. Dessuten bør spesielt lange slanger klamres så de ikke kan slå rundt seg om de skulle løsne. Flere detaljer om komponentene står mer spesifisert i komponent­ lista på side 171.

1,2

rd

BE

2B1

1,4

Ku

n

til

vu

1,3

1,0

1,1

Dette er komponentene i skjemaet 1.1 Luftuttakfordeler 1.2 Dobbeltvirkende sylinder 1.3 5/2-magnetventil 1.4 Strupe-/tilbakeslagsventil 2B1 Elektrisk rulleknappbryter BE Panel med elektriske tilkoplinger og utstyr


Kapittel 4  /  Automatisering 175

Måling av mengde

er in

En annen måte å måle mengde på er å plassere en sensor i en bestemt høyde inne i en tank. Når væsken stiger til dette nivået, kan sensoren gi beskjed til en ventil som så stenger væsketilførselen. Et enkelt gjennomstrømningsmåler finner vi i et sveiseapparat for dekk­gass. En kule stiger opp langs skalaen i et glass.

Regulering av væskemengde

g

For å måle mengden av gass, væske eller luft som passerer inne i et rørsystem, bruker vi en mengdemåler. Det er en gjennomstrømnings­ måler (et flowmeter). Måleren plasseres på røret på en slik måte at strømningen gjennom røret også må passere gjennom den.

Gjennomstrømningssensor.

rd

Det enkleste eksemplet på regulering av væske finner vi i en forgasser. Flottøren stiger i flottørkammeret når drivstoffet strømmer inn, og en flottørnål vil stenge for tilførsel av mer drivstoff (væske).

vu

Dette er et enkelt eksempel på nivåregulering. Flottørprinsippet brukes også i toaletter og i automatiske lensepumper til båter. Væske inn

Flottørnål

Flottør

til

Opplagring Væskenivå

n

Utgangsposisjon før væske kommer inn i flottørkammeret

Ku

Nivået i en tank kan reguleres ved hjelp av sensorer i tanken. Sensorene kan for eksempel stå i forskjellige høyder og utføre ulike oppgaver.

Symbol for gjennom­ strømningssensor.


176

DEL 2 //

EKSEMPEL

Y1

M1

S1

Når temperaturen når 35 °C, vil ventilen Y2 åpne, og pumpe M2 tømmer tanken. Etter det fortsetter sam­me rundgang til den stoppes.

g

Etter to sekunder begynner pumpe M1 å fylle tanken med væske. Tanken blir etter hvert full, og sensor S2 gir beskjeden «Y1 Fylle:=0», det vil si usant, som igjen betyr at ventil Y1 stenger for mer væske.

Samtidig blir væsken oppvarmet, og røreinn­ retningen M3 i bunnen av tanken blander den.

er in

Når du trykker på S1-bryteren, vil tanken fylles ved at ventilen Y1 åpner. «Y1 Fylle:=1» betyr at Y1 fyller = sant.

1

Start

S1 Start

S2

20 0

2

80

Y1 Fylle:=1

rd

40

60

2S/X2

100 120

3

M1 Pumpe fyller

M2

Røreinnretning i bunn av tank

4

Y1 Fylle:=0 Varme opp

M3 Røring

[Temperatur > 35°C] 5

Y2 Tømmer

M2 Pumpe tømmer

S3 Beholder tom

til

Y2

vu

S2 Beholder er full

S1

n

M3

Ku

manometer: trykkmåler i et pneumatisk anlegg

Digital trykkmåler.

Måling av trykk Trykket i et pneumatisk anlegg kan måles med et manometer, som ofte er rundt og har en viser med en skala der du kan lese av trykket. Det finnes også digitale trykkmålere som koples rett inn på slangen, røret eller komponenten du ønsker å overvåke trykket på.


Kapittel 4  /  Automatisering 177

PLS – programmerbare logiske styringer

er in

En PLS er i hovedsak en liten datamaskin. Den består av innganger og utganger som mottar og sender signaler. Inn-signalene blir behandlet av et program i PLS-ens sentralenhet eller styreenhet. Det er vanlig å programmere moderne PLS-er ved hjelp av PC og spesielt tilpasset programvare. Noen typer har også PLS-simulator, som gjør det mulig å teste programmet før det lastes over på en «ekte» PLS.

sentralenhet: styreenhet i PLS-en

g

Å programmere en prosess innebærer ofte bruk av PLS, det vil si program­mer­bare logiske styringer. PLS-en erstatter i dag hundrevis av kontaktorer og releer, slik at styringer og prosesser blir enklere og mer avanserte.

Til inngangen kan vi for eksempel kople til nødstoppknapp, trykknapper, brytere, sensorer eller endestoppbrytere.

rd

Til utgangen kopler vi til pådragsorganer, som solenoiden på en ventil (magnetventil), motorer, releer, signalhorn eller lamper. Deretter programmeres styreenheten til å behandle inn-signalene logisk, slik at de gir ønsket ut-signal.

Sentralenhet med display.

vu

Inngang

inngang: enhet i PLS-en som mottar signaler

Programmerbare logiske styringer PLS

STYREENHET

til

Programmeringspanel

Figuren nedenfor viser prinsippet for en PLS.

CPU

Utgang

UT

Ventiler

UT

Kontaktorer

INN INN

utgang: enhet i PLS-en som sender signaler

Sensorer

n

PC med software for programmering av PLS

Ku

Eksempelet på side 179 viser hvordan PLS-en blir brukt. Inn-signalene kommer fra sensorer som er plassert for å registrere det som skjer på et samle­bånd. Signalene fra sensorene blir behandlet i en styreenhet – CPU, som er en del av PLS-en. CPU-en er programmert til å gi ønsket ut-signal, basert på det sensorene registrerer. Vi bruker PC med tilpasset programvare for å programmere PLS-en. CPU (Central Processing Unit) kalles også mikroprosessor.

CPU: mikroprosessor, styreenheten i PLS-en


178 DEL 2 //

er in

g

Til å registrere bevegelser eller innhente nyttig informasjon som skal behandles av en PLS, brukes forskjellige typer sensorer.

Induktiv sensor.

Ku

n

til

vu

rd

Dette er en induktiv sensor. Når noe som er laget av et elektrisk ledende materiale, kommer inn i feltet til sensoren, induseres det virvelstrøm­ mer. Utgangskretsen blir aktivert ved en bestemt verdi, og signalet sendes til en styreenhet (PLS), som igjen gir signal til en magnetventil. Ventilen aktiverer så en arbeidsenhet (f.eks. en sylinder) som reagerer på signalet.

Sensorer, magnetventiler og arbeidsenheter er viktige deler i produksjonssystemer.

Sensorer finnes i mange varianter. De kan for eksempel registrere farge, nærhet til objekt, trykk eller gjennomstrømning. Utforming og utseende varierer etter bruksområdet. Felles for dem er at de gir signaler som kan registreres inn på en PLS.


Kapittel 4  /  Automatisering 179

EKSEMPEL

1 En pakke er for høy til å passere på samlebåndet. 2

2 Sensoren er plassert for å registrere det.

UT CPU

4 Signalet fra sensoren er programmert med PLS til å gi strøm til en magnetventil.

• ladderdiagram (LD) eller stigediagram • funksjonsblokkdiagram (FBD)

til

• sekvensdiagram (SFC)

n

Før vi lager et program til PLS-en, må vi slette tidligere programmer. Hver PLS har en egen kode for det i manualen.

OG-funksjonen

Ku

OG-funksjonen kan vi programmere slik med et ladderdiagram (LD): OG (AND)-funksjon X1

1

Sensor

Enkeltvirkende sylinder

er in

vu

rd

Den internasjonale normen IEC 61 131–3 beskriver flere måter å programmere PLS-en på. Formålet med normen er å standardisere noen typer programmeringsspråk. De to første er mest brukt.

X0

3

Samlebånd

Programmering av en PLS

• strukturert tekst (ST)

INN INN

5 Magnetventilen aktiverer ventilen, og den enkeltvirkende sylinderen får trykkluft. Dermed blir pakken skjøvet til side.

Ulike typer programmeringsspråk er

UT

g

3 Den gir et signal inn på PLS-en når den registrerer pakken.

Y0

X0 og X1 er brytere av typen normalt åpen (NO). For å få et ut-signal på Y0 må vi lukke både X0 OG X1.


180 DEL 2 //

OG-funksjonen kan også programmeres som en strukturert tekst (ST):

LD

X0

AND

X1

OUT

Y0

X0

&

er in

eller som et funksjonsblokkdiagram (FBD):

g

Strukturert tekst (ST)

Dette er en funksjonsplan for den samme logiske funksjonen.

Y0

X1

ELLER-funksjonen

rd

ELLER-funksjonen kan vi programmere slik som ladderdiagram (LD): Vi kan betjene X0 ELLER X1 for å få et ut-signal til Y0. IKKE (NOT)-funksjon

vu

X0

Y0

X0 X1 Y0 → LD X0 OR X1 OUT Y1

til

Som strukturert tekst programmerer vi slik:

LD

X0

OR

X1

OUT

Y1

Som funksjonsblokkdiagram ser programmeringen slik ut:

X0 V

Ku

n

Strukturert tekst (ST)

Y0

Dette er funksjonsplanen for ELLER-funksjonen.

X1

Funksjonsblokkdiagrammet for ELLER-funksjonen.


Kapittel 4  /  Automatisering

181

Noen symboler til ladderdiagram Symbol

Betydning

g

Normalt åpen kontakt

er in

Normalt lukket kontakt

rd

Utgangssignal

Det finnes også andre funksjoner som vi bruker i programmeringen av PLS-er, men de funksjonene går vi ikke nærmere inn på her.

vu

Styring av en pneumatisk sylinder med PLS

til

I styring av automatiske prosesser brukes PLS til å styre blant annet pneumatiske arbeidsenheter. I stedet for en direkte kopling til en bryter som styrer sylinderen, kan du kople PLS-en slik som på figuren.

Ku

n

Sol 1

“E1.INO” Start 24V 0V

Styring av sylinder ved hjelp av programmerbare logiske styringer (PLS).

“OUTO”

E1 IN0 IN1 COM

E2 OUTO OUT1 COM END

24V 0V


182 DEL 2 //

Startbryteren «Start» er signalgiveren i denne kretsen. Bryteren er normalt åpen (NO) og gir kontakt når du trykker på den.

g

«E1.IN0» er en normalt åpen bryter som lukker når den får signal. «Out0» aktiveres og gir signal ut til «Sol1», som er solenoiden på retningsventilen.

Oppsummering

er in

Bytter du ut «Start»-bryteren med en sensor, kan den for eksempel gi signal når produktet er på vei langs samlebåndet.

Automatisering innebærer effektivisering av arbeidsprosesser.

Det er stort sett pneumatiske, hydrauliske og elektriske arbeidsenheter som styres automatisk.

Måling av mengde kan utføres med en gjennomstrømningsmåler (flowmeter).

Sensorer og følere for temperatur, trykk og mengde brukes til å gi signal til for eksempel en PLS når gitt verdi er oppnådd.

Et sekvensdiagram viser hvordan passive handlinger fører til aktive handlinger i en rekkefølge.

Logiske funksjoner benytter vi der bestemte kriterier må være oppfylt for at noe skal skje.

OG, ELLER og NOT er logiske funksjoner.

PLS er et verktøy for å styre logiske operasjoner.

Sensorer og brytere gir signaler inn på PLS-en.

Arbeidsenhetene styres ved hjelp av releer og solenoider som er koplet til utgangene på PLS-en.

PLS-er kan programmeres med ladderdiagram, funksjonsblokkdiagram, strukturert tekst, instruksjonsliste og sekvensdiagram.

Ku

n

til

vu

rd


Kapittel 4  /  Automatisering 183

Repetisjon 1 Hvordan blir pneumatiske og hydrauliske sylindere styrt i en automatisert prosess?

3 Nevn et eksempel på bruk av en ELLER-funksjon.

5 Hva er en sensor, og hva brukes den til?

er in

4 Forklar hvordan en PLS er bygd opp. Vis gjerne med en enkel skisse.

6 Hva er forskjellen mellom en instruksjonsliste og et sekvensdiagram?

7 Hvordan kan vi styre en sylinder til å gå automatisk fram og tilbake ved hjelp av en 5/2-magnetventil? 8 Hvilke programmeringsmetoder brukes i PLS?

vu

rd

9 Hva er et ladderdiagram, og hvilke symboler for diagrammet kjenner du?

Oppgaver

1 Tenk deg at du skal styre en pneumatisk enkeltvirkende sylinder slik at den skal åpne en dør. Sylinderen er festet fra veggen til døra.

til

a Tegn et skjema der du bruker to pneumatiske 3/2-retningsventiler med trykknapp og fjærretur, og en ELLER-ventil for å styre sylinderen. b Du ønsker å åpne døra fra to steder. Hvordan får du til det?

n

c Du ønsker at døra bare skal åpnes når begge 3/2-retningsventilene i punkt b er betjent samtidig. Hvis bare én ventil betjenes, skjer det ingenting. Tegn et skjema der du bytter ut ELLER-ventilen med en OG-ventil.

2 Bruk et simuleringsprogram (FluidSIM eller Automation Studio), og lag et skjema der en 5/2-ventil med solenoid på begge sider styres av stempelstanga (med sensorer) på en dobbeltvirkende sylinder.

Ku

g

2 Nevn et bruksområde for en OG-funksjon.

a Lag et koplingsskjema med pneumatiske og elektriske symboler i programmet.

b Simuler for å se om du har oppnådd ønsket funksjon.


g er in

5 CNC

rd

MÅL

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du kjenne til grunnprinsippene for CNC

vu

forstå hvordan tredimensjonale koordinatsystemer brukes i program­ mering av CNC-styrte maskiner forstå grunnprinsippene innenfor de forskjellige programmerings­ metodene for CNC, som G-koder og DAK/DAP-løsninger kjenne til oppsett med verktøykompensasjon i en CNC-styrt maskin forstå forskjellen mellom maskinnullpunkt og programnullpunkt

til

forstå hvordan CNC-maskinen arbeider, fra du begynner med programmeringen til sluttproduktet som skal produseres, er ferdig

Ku

n

CNC (Computer Numerical Control) blir brukt på mange slags maskiner, som dreiebenker, fresemaskiner, graveringsmaskiner, rørbøyere, maskiner for skjærebrenning, laserkuttere, maskineringssentre, rutere og roboter. CNC-maskinen styres ved hjelp av et program der vi bruker koordinatsystemet og forskjellige kommandoer for å få maskinen til å utføre et arbeid så automatisk som mulig.


Kapittel 5  /  CNC 185

I skolen og i industrien brukes forskjellige typer CNC-program­ merings­metoder på maskiner. Noen av de vanligste er Mazatrol, Fanuc og Haas. Vi skal se nærmere på hovedprinsippene for noen programmeringsmetoder som inngår i alle typer CNC-maskiner:

g

• programmering med G-koder (ISO-standard) • dialogprogrammering

til

vu

rd

er in

• DAK/DAP-programmering (CAD/CAM)

En CNC-styrt laserskjærer arbeider i et todimensjonalt xy-plan.

Planlegging av programmering

Ku

n

Programmeringen av en CNC-maskin begynner med at du tegner produktet som skal produseres. Deretter planlegger du hvordan produktet skal lages, og i hva slags maskin. Du kan ta utgangspunkt i den manuelle maskinen du vil bruke, og velge den CNC-styrte varianten av den. Det er viktig å lære seg grunnleggende bruk av maskinen før du forsøker å styre den med CNC. Når en slik maskin er i gang med et program, bør du vite hvilke lyder som ikke bør være der, og hva du skal gjøre når noe er i ferd med å gå galt. Det ligger som regel simuleringsprogrammer inne i programmene som styrer maskinen. Simulering viser kollisjoner og feil som følge av feil innplotting av data.


186 DEL 2 //

simulering: prøvekjøring av en prosess i programmet på datamaskinen før vi setter i gang produksjonen

Koordinatsystemet i CNC

g

Simulering er en metode der du prøvekjører prosessen i programmet på datamaskinen før du setter i gang produksjonen. Metoden brukes blant annet for å se om prosessen går som planlagt, og for å rette opp eventuelle feil.

er in

Det neste du må ha full oversikt over, er koordinatsystemet i et tre­ dimen­sjonalt perspektiv. Uansett hvilket program du bruker til å gi maskinen instrukser, handler det om å flytte et verktøy fra ett punkt i koordinatsystemet til et annet.

Maskinene kan ha forskjellig orientering av aksene. For eksempel er bevegelse langs x-aksen på en fresemaskin horisontalt orientert, mens på en dreiebenk er det z-aksen som angir horisontal bevegelse.

rd

Her er noen viktige innledende begreper til programmering og oppsett av en maskin: Et koordinatpunkt er et punkt i et tredimensjonalt rom med tilhørende verdier på x-, y- og z-aksene.

vu

Maskinnullpunktet angir nullpunktet for CNC-maskinens koordinat­ system. Alle aksene har verdien null i dette punktet. Maskinnullpunktet er et felles nullpunkt for de tre aksene. På en fresemaskin ligger maskinnullpunktet i overflaten av maskinbordet i venstre hjørne, og nærmest deg når du står med maskinen foran deg. På en dreiebenk ligger punktet i enden av spindelen.

n

til

Koordinatene på arbeidsstykket der x, y og z = 0, kalles programnull­ punkter. Den som programmerer, definerer punktet ut fra hva som er mest hensiktsmessig for programmeringen og oppspen­ningen. Programnullpunktet må defineres ut fra maskinnullpunktet for at maskinen skal forstå hvor den skal begynne arbeidet.

Ku

+

Y

+B A angir rotasjon om x-aksen. B angir rotasjon om y-aksen. +

+C

X

+A +

Z

C angir rotasjon om z-aksen.


Kapittel 5  /  CNC 187

Aksene i en fresemaskin er plassert med xy-planet horisontalt med z-aksen stående vertikalt. Se figuren til høyre.

+

100

Z

80

_ _ 0

20

+

er in

20

X

g

10

0

10

0 100

80

50

20

0

_

+

rd

Skal du bore fire hull i en plate, trenger du noen koordinater. De kan listes opp på denne måten: PUNKT

X-KOORDINAT

Y-KOORDINAT

P1

20

P2

50

P3

80

P4

20

80

P5

50

80

P6

80

80

20 20

vu

20

til

Verktøyet plasseres i hjem-posisjon i begynnelsen av programmet. Det vil si på et sikkert sted med fri høyde til arbeidsstykket. Nullpunktet på arbeidsstykket er på overflaten, slik at z = 0 over hele arealet. Derfor er det også viktig at arbeidsstykket ligger helt plant.

Ku

n

Når hullene skal bores, kan verktøyet programmeres til å bevege seg fra hjem-posisjonen til overkanten av P1. Deretter skal boret over i minusbevegelse, og treffer overflaten når z = 0. Siden tykkelsen på arbeidsstykket er 20 mm og du skal bore gjennom det, bør du ta hensyn til det før du spenner fast arbeidsstykket, slik at du ikke borer ned i bordet. Når du planlegger programmeringen, må du tenke på hvor arbeidsstykket skal bevege seg uten å kollidere. Boret kan ikke bevege seg til neste koordinat før det er over arbeidsstykket.

Y

Koordinataksene på en fresemaskin.


188 DEL 2 //

Slik blir arbeidsgangen til CNC-maskinen for denne oppgaven: • Start fra hjem-posisjonen x = 0, y = 0, z = 20 • Rask bevegelse fra hjem-posisjonen til overkanten av P1: x = 20, y = 20, z = 2

er in

• Bevegelse tilbake til overkanten P1

g

• Boresyklusen starter en prosedyre som borer i flere omganger til z = –20

• Rask bevegelse fra P1 til P2: x = 30, y = 0, z = 2 • Nye boresykluser til alle hullene er boret • Rask bevegelse til hjem-posisjonen

rd

Men før maskinen kan utføre disse oppgavene, må du ha lagt inn rett verktøy, satt i gang kjølevæske, bestemt omdreiningstall og mating og startet spindelen.

vu

Arbeidsprosessen fra idé til sluttprodukt Når du skal lage et produkt i en CNC-styrt maskin, er arbeidsgangen fra idé til sluttprodukt slik:

Ku

n

til

• Først lager du et skjema for maskininnstilling og en verktøyliste, og setter opp maskinen og arbeidsstykket med tilhørende nullpunkter. • Etter det kan programmeringen starte. Først tegner du en modell i et konstruksjonsprogram (DAK), og bruker et annet program (DAP) til å generere CNC-programmet. Du kan også bruke dialogstyring på CNC-maskinen.

• Simulering kan beregne kollisjoner og feil i CNC-programmet, slik at det kan rettes opp før selve produksjonen. • Verktøyet som inngår i prosessen, spennes opp, og maskinen nullstilles før programmet kjøres i maskinen. • Etter produksjonen skal produktet kontrolleres for å se om ønsket resultat er oppnådd. Ved produksjon av flere like deler er det viktig å gjøre det når første del er produsert, for å avdekke eventuelle avvik.


Kapittel 5  /  CNC 189

Det stilles store krav til en CNC-styrt maskin for at produktet skal bli godt. Det er viktig at den ikke har for stor dødgang på sleidene, at den har god stivhet og arbeider med jevne bevegelser, og at den har stor posisjonsnøyaktighet.

Z

X

rd

+

er in

+

g

+

C

Koordinataksene på en dreiemaskin.

vu

Programmering med G-koder

Programmeringen av CNC-styrte maskiner kan gjøres med koder som settes inn etter et linjenummer. Kodene forteller oss hvilket verktøy som skal brukes, omdreiningstall, fra- og til-koordinater, osv. Du finner også koder for CNC-maskinering i Verkstedhåndboka.

til

G-kodeblokker

n

G-kodestandarden ble publisert da maskinene hadde lite minne. På grunn av denne begrensningen ble G-koden et ekstremt kompakt og kortfattet språk som kan virke vanskelig ved første øyekast. Et eksempel er denne kodelinja: G01 X1 Y1 F20 T01 M03 S300

Ku

Her gir vi maskinen en serie instruksjoner: G01

X1/Y1

Utfør en lineær mating Gå til disse x- og y-koordinatene

F20

Flytt med en mating på 20

T01

Bruk verktøy 1 for å få jobben gjort

M03

Slå på spindelen

S3000

Still inn en spindelhastighet på 3000 rpm


190 DEL 2 //

Flere linjer med slike G-koder kombineres for å danne et komplett CNC-program. CNC-maskinen din vil da lese koden én linje om gangen, fra venstre mot høyre og fra topp til bunn, slik du leser en bok. Hvert sett med instruksjoner er på en egen linje eller i en blokk.

g

G-kodeprogrammer

er in

Målet med hvert G-kodeprogram er å produsere deler på den sikreste og mest effektive måten. Vanligvis er G-kodeblokker da arrangert i en helt spesifikk rekkefølge, som denne: 1 Start CNC-programmet.

7 Slå av kjølevæsken.

2 Legg inn ønsket verktøy.

8 Slå av spindelen.

3 Slå på spindelen.

9 Flytt verktøyet bort fra delen og tilbake til sikkert sted.

4 Slå på kjølevæsken.

rd

5 Flytt verktøyet fra sikkert sted til startposisjon over en del.

10 Avslutt CNC-programmet.

vu

6 Start bearbeidingsprosessen.

Denne rekkefølgen lister opp et svært enkelt program som bruker bare ett verktøy for en operasjon. I praksis vil du vanligvis gjenta trinn 2 til trinn 9 flere ganger. For eksempel omfatter G-kodeprogrammet neden­for alle kodeblokkene ovenfor med gjentatte seksjoner der det er nødvendig:

N100

G90 G00 G54

N110

G43

N120

G83

X

Y

X20

Y20

N130

X0

Ku

N140

X30

Y0

N160

X30

Y0

N170

X0

Y60

N180

X-30

Y0

N190

X-30

Y0

N200

X0

Y50

X200

Y200

G80 G100

Q

R

F

P

S

H

S2000

Z2 Q10

Z200

<slutt>

R2

F100

M

T02

M06 M03

H02

Z-30

T

M08

0.5

Y0

N150

N210

Z

til

G

n

N

M09


Kapittel 5  /  CNC

191

G-koden inneholder også en komplett liste over adressekoder. Du kan tenke på dem som ordboka for G-koden som definerer en spesiell arbeidsgang. Adressekoder begynner med bokstavbetegnelsen G, og deretter et sett med tall. For eksempel definerer X2 en x-koordinat­ adressekode, der 2 er verdien på x-aksen verktøyet skal flyttes til.

KODE

BETYDNING

er in

DEN KOMPLETTE LISTEN OVER ADRESSEKODER

Rotasjon om x-aksen

B

Rotasjon om y-aksen

C

Rotasjon om z-aksen

D

Diameterkompensasjon (CDC) offset

F

Matehastighet

G

G-kode (boresyklus, gjengesyklus osv.)

H

Verktøyets lengdekompensasjon

I

Sentrum for bue ved sirkulær bevegelse om x-aksen

J

Sentrum for bue ved sirkulær bevegelse om y-aksen

K

Sentrum for bue ved sirkulær bevegelse om z-aksen

M

Maskinkode (start og stopp spindel, kjølevæske)

N

Blokknummer/linjenummer

O

Programnummer

P

Tidsforsinkelse

Q

Boresyklusdybde for sponutskilling

R

Sikkerhetsplanets høyde over arbeidsstykket

X

vu

Spindelhastighet Verktøynummer x-koordinat y-koordinat

n

Y

til

T

rd

A

S

Z

z-koordinat

Det er også flere spesialtegn i et G-kodeprogram. De brukes vanligvis til å starte et program, kommentere tekst eller ignorere tegn.

Ku

g

Modaler og adressekoder


192 DEL 2 //

Her er noen eksempler på spesialtegn og det de betyr som koder: % begynner eller avslutter et CNC-program. () definerer en kommentar skrevet av en CNC-operatør.

er in

; bestemmer når en blokk slutter.

g

/ ignorerer alle tegn som kommer etter skråstrek.

Forklaring til G- og M-koder

G- og M-koder utgjør hoveddelen av CNC-programmet. Koder som begynner med G, forbereder maskinen på å utføre en bestemt type bevegelse. Her er de vanligste G-kodene i CNC-programmene:

9 G1Z – Y

Benevnelser på plan

Y+

rd

G18 X–Z

Z+

Kodene G17, G18 og G19 definerer hvilket plan en bue skal bearbeides på. Som standard bruker CNC-maskinen din G17, som er xy-planet. De to andre planene er vist på figuren til venstre.

G1 X–Y7

X+

vu

Rask bevegelse

til

Denne koden bruker du når verktøyet skal bevege seg så raskt som mulig til en spesifisert koordinatposisjon, for eksempel rett over punktet du vil starte en arbeidsoperasjon fra. G00 vil bevege maskinen akse for akse. Det betyr at den først beveger seg langs begge aksene, og fullfører bevegelsen på alle akser som ikke er i posisjon. Du ser et eksempel på figuren nedenfor. Hjem (start og sluttpukt i programmet)

Ku

n

Faktisk bane G54 G00 G54 X0 Y0

Her er nullpunktet til arbeidsstykket plassert i midten. For firkantede emner som dette plasseres det også ofte i hjørnet ved aksens nullpunkt.


Kapittel 5  /  CNC 193

Verktøykompensasjon

g

Når du programmerer bevegelsene til for eksempel en pinnefres i en CNC-styrt fres, må du først legge inn verktøykompensasjon. Verktøy­ kompensasjon er avstanden fra maskinens nullpunkt ved verktøy­ holderen til skjæreverktøyets nullpunkt. Du må ta hensyn til både lengden og diameteren på verktøyet. Verktøykompensasjon består av to verdier. Den ene er verktøyets dia­ meter, som angir avstanden fra verktøyets sentrum til ytterkanten der verktøyet skjærer. Den andre er høydekompensasjon, som angir høyden fra maskinens nullpunkt i verktøyholderen til underkanten av skjære­ verktøyet.

er in

verktøykompensasjon: verdier for verktøyets diameter­ kompensasjon og høyde­ kompensasjon

vu

rd

Offset for verktøyskifte

til

Verktøy lengde offset

Diameter offset

Ku

n

Når vi skal frese et arbeidsstykke, holder det derfor ikke å programmere bevegelsene til verktøyet, for da er det sentrumet på verktøyet som er utgangspunktet. Vi må ta hensyn til diameterkompensasjonen (kodene G40, G41 og G42). Maskinen vil da beregne avstanden verktøyet skal ha til arbeidsstykket. Når vi skal frese innvendig, ligger radien til freseverktøyet i kanten på det området som skal freses ut. Derfor er det viktig å velge et frese­verktøy som har riktig radius eller diameter ut fra målene på arbeids­tegningene.

X

Kant etter bearbeiding

Forskjøvet bane

Kompensert bane

Programmert bane Y


194 DEL 2 //

Verktøyets diameterkompensasjon

Verdi 2.0

D2

1.5

D3 D4

er in

D1

g

D-kodene gjelder for diameterkompensasjon for et kutt, og lar en CNC-maskin plassere verktøyet til venstre eller til høyre for en definert bane. Et D-register lagrer forskyvningen for hvert verktøy. Det kan for eksempel se slik ut:

3.0 5.0

Kompensasjon for verktøylengde

rd

Koden G43 definerer lengden på hvert enkelt verktøy ved bruk av en z-aksehøyde. Det gjør at CNC-maskinen forstår hvor spissen til et verktøy er i forhold til arbeidsstykket. Verktøyene settes opp i et register over lengdekompensasjon for verktøyene i verktøymagasinet, der H er verktøyets lengdeforskyvning og Z er lengden på verktøyet.

vu

Verktøylengderegister

Z

H1

55.250

H2

123.445

H3

60.020

til

Arbeidsforskyvning

Ku

n

G54 brukes til å definere en forskyvning som bestemmer avstanden fra maskinnullpunktet til nullpunktet på et arbeidsstykke. Du kan program­ mere flere forskyvninger hvis jobben krever maskinering av flere deler samtidig og emnene er plassert på flere steder.

M-koder M-koder er maskinkoder som kan variere mellom CNC-maskiner. De styrer funksjoner som kjølevæske og spindelanvisninger på din CNCmaskin. I Verkstedhåndboka finner du de vanligste M-kodene.


Kapittel 5  /  CNC 195

Innebygde sykluser likner metoder eller funksjoner i programmering av datamaskiner. De lar deg utføre en komplisert handling på bare noen få kodelinjer uten å måtte skrive ut alle detaljene. For eksempel kan en innebygd syklus inneholde den samme handlingen som tar mange ekstra linjer med vanlig G-kode.

Sirkulær bevegelse med eller mot urviseren

er in

Du finner slike sykluser i enkelte maskineringsprogrammer.

rd

Kodene G02 og G03 ber maskinen om å bevege seg sirkulært etter en koordinat. To ekstra koordinater, i-koordinat og j-koordinat, definerer sirkelbevegelsens midtre plassering, som vist nedenfor:

Boresykluser

J

vu

I

Ku

n

til

Koden G81 vil lage et hull ved å dykke ned til en spesifikk z-aksekoordinat og deretter trekke seg tilbake. Programmering av denne syklusen krever dybde, matehastighet, xy-koordinater og et plan å bore på.

Z+

X+

Starthøyde Z 20.000 Mating (R.1)

Dybde Z 25.000

g

Innebygde sykluser


196 DEL 2 //

Steg Arbeidsgang Rask bevegelse til hullets posisjon

2

Rask bevegelse til posisjon rett over sentrum av hullet

3

Mating til referanse z-verdi

4

Rask bevegelse til referansepunktnivå

x er hullets x-koordinat y er hullets y-koordinat R er referansepunkt z er endelig dybde F er matehastighet

g

1

rd

er in

Syklusen G83 brukes til rask boring av dype hull. Et verktøy vil først bore en definert avstand og deretter trekke seg tilbake, slik at materialet tømmes ut av hullet, og kjølevæsken skyller bort spon. Den enkleste gjennomføringen av denne syklusen krever en første høyde, mateplan, økning og dybde.

vu

Starthøyde Z 20.000 Mating (R.1)

Økning Q 4.000 Dybde Z 25.000

Z+

til

X+

Ku

n

Gå tilbake til første hurtighøyde Når du vil trekke et verktøy tilbake til et klaringsplan mellom hull, bruker du G98. Programmering av denne syklusen krever at du har lagt inn en første høyde, definert mateplanet du skal bore på.


Kapittel 5  /  CNC 197

Dialogprogrammering

er in

Programmet ber deg om å oppgi verktøy, spindelhastighet, mate­hastig­ het, materialtype, nullpunkt og all annen informasjon som trengs på samme måten som når du programmerer med G-koder.

g

CNC-maskiner blir ofte programmert ved hjelp av en dialogfunksjon med mulighet for simulering. Det er flere varianter av denne typen programmer. Vanligvis begynner du med å definere et arbeidsstykke som du bestemmer målene på.

rd

Skal det bores hull, er det de samme verdiene som skal plottes inn som ved bruk av G-koder. Hovedforskjellen er at det kommer opp dialog­ bokser der du setter inn alle verdiene. Programmeringen er mer over­ siktlig, og den viser forklarende illustrasjoner for å hjelpe deg med å legge inn rett verdi på rett plass. Når du trykker «neste», får du opp en dialogboks for neste arbeidsoperasjon.

Oppsummering

1 Hva står CNC for, og hva betyr det at en maskin er CNC-styrt?

vu

CNC-maskiner kan programmeres til å produsere produkter ved hjelp av bevegelser i to- eller tredimensjonale koordinatsystemer.

Produksjonen i CNC-maskinen starter ofte med en tegning av modellen i et DAK-program, og deretter programmering i et DAP-program, der CNC-kodene genereres til produksjon.

til

Repetisjon

CNC-maskinen og arbeidsstykket har forskjellige nullpunkter som må tas med i programmeringen.

Verktøyet som spennes opp i en CNC-maskin, må måles og defineres ut fra nullpunktet på maskinen, og tas med i programmeringen.

Det brukes forskjellige sykluser for program­ mering av blant annet boring og gjenging.

Du kan programmere CNC-styrte maskiner ved hjelp av DAK/DAP eller G-koder.

Dialogprogrammering gir mulighet for simulering.

Ku

n

2 Hvilke programmerings­metoder brukes til CNC-styring av en maskin? 3 Hva er sammenhengen mel­lom et maskin­ nullpunkt og et programnullpunkt? 4 Hva er verktøykompensasjon? 5 Hva er en boresyklus? 6 Hvordan går du fram for å programmere en CNC-styrt maskin etter at du har tegnet en 3D-modell i et DAK-program?


198 DEL 2 //

Oppgaver a Skriv ned koordinatene til de fire hullene.

2 Hva slags programmeringsmetode brukes i dette programmet?

b List opp rekkefølgen av bevegelsene til sentrum i boret. Hullene skal være gjennom­ gående. Hjemposisjonen er satt til x0, y0, z200, og det er start- og sluttposisjonen til boret.

d Lag et CNC-program som kan utføre boringen. Du behøver ikke å tenke på bearbeiding av sidene på stålplaten.

rd

4 Tegn en stålplate av konstruksjonsstål NS-EN 10 025 – E355 med lengde 100 mm, bredde 100 mm og tykkelse 20 mm. I platen skal det bores fire 10 mm-hull som er symmetrisk plassert fra sentrum i x-retning og y-retning (lengde og bredde) og har en avstand på 70 mm i begge retninger mellom hullene.

c Hvor stort omdreiningstall (S) og mating (F) skal boret ha?

er in

3 Hvordan går du fram når du skal produsere en kloss av plast (POM) på 50 x 50 x 20 mm, med en sirkelformet lomme med diameter Ø30 mm og dybde 10 mm med det programmet du bruker?

g

1 Hva slags CNC-program brukes på din skole?

vu

DAK og DAP

Dataassistert konstruksjon (DAK)

Ku

n

til

Det brukes mange forskjellige programmer innenfor 2D- og 3D-konstruksjon både på skolene og i industrien. Vi tar ikke for oss hele programvaren her, bare grunnprinsippene for hvordan du kan tegne en tredimensjonal modell.

Modellen er den gjenstanden du tegner, det vil si det du ønsker å presentere som en arbeidstegning på et ark (2D-tegning), eller vil ta videre til et DAP-program som sendes til en CNC-styrt maskin som produserer gjenstanden. Når du tegner med et DAK-program, velger du som regel et plan å tegne et riss på, som deretter strekkes ut i ønsket lengde. Programmene har forskjellige framgangsmåter, men vi skal se på det mest grunnleggende her. DAK er en forkortelse for dataassistert konstruksjon. På engelsk heter det CAD (Computer-Aided Design). Vi bruker DAK.


Kapittel 5  /  CNC 199

Noen av de vanligste verktøyene Figur

Betydning

er in

g

Strekker ut 2D-tegning til 3D-figur

vu

Lager hull

rd

Dreier et 2D-tegnet tverrsnitt rundt en akse

til

Lager hullmønster

n

Gjør modellen om fra massiv til en hul modell

Ku

Runder hjørner


200 DEL 2 //

vu

rd

er in

g

Når du skal tegne risset, velger du hvilket plan du vil tegne i. Du har valget mellom xy-, xz- og yz-planet, som er de grunnleggende. Program­ mene har som regel en funksjon der du kan lage et plan parallelt, vinkel­rett på eller i en selvdefinert vinkel på de grunnleggende planene. Skal du for eksempel tegne en stående sylinderformet modell, er det naturlig å strekke en sirkel opp eller ned (i z-retning) fra xy-planet.

Ku

n

til

Du velger et av alternativene, for eksempel parallelt plan, og trykker på planet du vil ta utgangspunkt i. I neste trinn definerer du avstanden til planet. Når du skal tegne et riss, velger du mellom linje, rektangel, sirkel og eventuelt andre mulige elementer. Velger du rektangel, kan du ikke tegne før du har valgt et plan å tegne i.


Kapittel 5  /  CNC 201

Når du tegner riss, kan du velge hvordan to linjer eller sirkler skal være i forhold til hverandre. På verktøylinja i et DAK-program vises noen funksjoner, «constraints» eller «relate». Begge betyr «relasjoner». Det vil si at dersom du ønsker at en linje skal være vinkelrett på en annen, velger du alternativet for vinkelrett på.

er in

g

Noen vanlige verktøy til å tegne riss

Kontinuerlig linje

vu

rd

Rektangel

Sirkel

n

til

Kurve gjennom gitte punkter

Ku

Speiling av objekt

Dimensjon målsetting

relasjon: det geometriske forholdet i et tegneprogram mellom to figurer eller linjer som du har tegnet


202 DEL 2 //

Alternative relasjoner kan for eksempel være • parallell linje • vinkelrett på en annen linje

• linje som har samme lengde

g

• tangent

er in

• kopling til sentrum, ende eller punkt på en linje

• konsentrisk (for å gi en sirkel samme sentrum som en annen sirkel)

Tegn først et rektangel i xz-planet og strekk det deretter ut til en tre­ dimensjonal modell. Det kalles også modellering. Du kan velge om du vil strekke ut risset én vei eller symmetrisk begge veier ut fra planet. Lengden kan du velge ved å definere den direkte, eller ved å målsette i etterkant. Da vil figuren som regel endres til gitte mål.

n

til

vu

rd

modellering: det å skape en tredimensjonal figur som et design til noe du ønsker å produsere

Ku

Risset i blått markeres når du foretar en ekstrudering (utstrekking) ved hjelp av «Extrude» funksjonen i 3D modellering.

Når modellen er ferdig, kan du modifisere den ved å fjerne eller legge til det du ønsker. Hver side kan brukes som et plan til å tegne et riss på. Hvis du vil ha et hull i modellen, kan du gjøre følgende: Velg «nytt riss» («sketch») og plan eller side på modellen, og strekk risset i den ret­ ningen du ønsker. Noen ganger må du velge om du skal legge til eller trekke fra manuelt.


Et riss tegnes på overflaten av modellen.

er in

g

Kapittel 5  /  CNC 203

Risset (sirkelen) ekstruderes igjennom godstykkelsen på modellen.

vu

rd

Sirkelen kan tegnes med en «snap»-funksjon som fester sentrumet i den til midtpunktet på en linje eller i et objekt. Diameteren bestemmer du ved å skrive inn ønsket mål, og til slutt velger du å ekstrudere sirkelen. I noen programmer må du velge minus for å fjerne materiale og pluss for å legge til materiale.

n

til

Du kan selv bestemme om du vil gå igjennom denne delen eller igjennom alt som befinner seg under sirkelen. Du kan også bestemme et eksakt mål for hvor dypt hullet skal være.

Ferdig modell med hull i midten.

Ku

Det finnes dessuten en egen hullfunksjon der du kan velge om hullet skal være • sylindrisk forsenket • forsenket med skråkant • enkelt

• gjenget • konisk

ekstrudere: strekke ut. Når du tegner en sirkel og strekker den ut, får den form som en sylinder. Dersom du ekstruderer et kvadrat, får du en kube, osv.


204 DEL 2 //

Alle funksjonene har mulighet til å sette inn vinkler og mål som trengs for å plassere et hull etter spesifikasjonene du ønsker.

g

En annen måte du kan tegne en modell på, er ved å bruke en revolvefunksjon, som går ut på å dreie noe rundt en gitt akse. Du tegner et riss i et plan og velger en akse du ønsker å dreie risset rundt.

rd

er in

Resultatet blir slik:

Ku

n

til

vu

Velg «sketch» og tegn et omriss av tverrsnittet til det du vil dreie rundt en akse.

Velg «Revolve» funksjonen på verktøylinja og velg antall grader du ønsker. 360 grader lukker figuren.


Kapittel 5  /  CNC 205

målsetting: det å definere målene på objektet på en tegning og plassere dem slik at andre kan lese av målene fra tegningen

g

Det finnes egne funksjoner for å tegne spiralformede modeller og modeller som skapes mellom riss tegnet på to eller flere plan. Det er også mulig å tegne en bane, og deretter definere hva slags tverrsnitt den skal ha. Det kan være aktuelt når du skal tegne kompliserte rør bøyd i mange retninger. Målsetting kan gjøres ved

er in

• parallell målsetting • kontinuerlig målsetting • koordinatmålsetting

rd

Hvis du målsetter tegningen under modelleringen, kan du hente målene når du produserer en tegning i «draft», som er en 2D-tegning. 2D-tegningen genereres ut fra 3D-modellen i DAK-programmet. Her skal alle symboler og mål plasseres, og alle nødvendige opplysninger fylles inn i et tittelfelt.

vu

Hvert program har sin egen måte for å konvertere direkte fra en 3D-modell til en 2D-tegning med forskjellige snitt og riss. Rissene plasserer du slik at du får en god og oversiktlig tegning. Å konvertere betyr i denne sammenhengen å forandre til noe annet. Å konvertere fra 3D til 2D betyr at modellen du tegner, skal gjøres om til en tegning som kan skrives ut på papir.

til

Snitt-tegninger lager du direkte i 2D ved å trekke en linje tvers gjennom det du ønsker å ta utsnitt av.

n

Etter at 3D-modellen er ferdig modellert, kan du legge til materialkvalitet fra kartoteket. I mange av programmene er det dessuten mulig å legge til nye materialer. Modellen kan også formes med funksjoner som

Ku

• runder av hjørner

• skråkutter hjørner

• konverterer modellen fra en massiv modell til en tynnplate

konvertere: forandre til noe annet. Å konvertere fra 3D til 2D betyr at modellen skal gjøres om til en tegning som kan skrives ut på papir


206 DEL 2 //

Fra DAK til DAP Vi skal se på hvordan en modell produseres i en CNC-maskin ved hjelp av et DAP-program. Du åpner DAK-programmet og lager en 2D-tegning i «sketch», og strekker den ut (ekstruderer den) til en 3D-modell.

er in

g

DAP: dataassistert produksjon

Dette er startbildet i Fusion 360. Du må velge «create scetch» for å få fram 3D-plan som du kan velge å tegne et riss på.

Dimensjonene fastsettes underveis, og modellen er enkel å modifisere ved hjelp av målsetting. Når du har bygd en modell, kan du trekke fra eller legge til materiale ved å tegne på en side av den.

til

vu

rd

modifisere: tilpasse

Nytt riss tegnes på modellens overflate.

Ku

n

Her er risset tegnet og ekstrudert ut i fra xy-planet.

Risset ekstruderes fra overflaten og nedover.

Ferdig modell som kan sendes til DAP-program.


Kapittel 5  /  CNC 207

rd

er in

g

Modellen på bildet nedenfor skal ha en lomme som skal freses ut. Da tegner du først et riss av arealet på toppen av modellen og trekker fra så langt du ønsker.

vu

Når modellen er ferdig modellert, kan du forberede maskineringsjobben som skal utføres i en CNC-styrt maskin ved å bruke et DAP-program. Noen DAK-programmer har det innebygd. I dette tilfellet er det en fresejobb som skal utføres i en enkel treakset maskin bestående av x-, y- og z-koordinater.

Dataassistert produksjon (DAP)

til

Noen programmer jobber sammen for å overføre en tredimensjonal modell fra DAK til DAP. Med det mener vi at DAP-programmet gjenkjenner filene du har lagret i DAK. Bruker du et DAK-program som normalt lagrer én filtype, kan du også lagre modellen i andre filformater.

n

Aller først henter du 3D-modellen som er tegnet i DAK-programmet, inn i DAP-programmet.

Ku

I dette tilfellet er det mest aktuelt å bruke en CNC-styrt fres. Den første dialogboksen gir deg mulighet til å velge maskin, arbeidsstykke og orientering av modellen. Når modellen er definert med materialtype, er neste steg å sette opp verktøy som skal brukes i produksjonen. Her programmerer du inn verktøyene du skal bruke, med tilhørende verktøykompensasjon for høyde (H), diameter (D) og arbeidsforskyvning (G54).


rd

er in

g

208 DEL 2 //

Ku

n

til

vu

Begynn med setup. Det gir deg mulighet til å velge maskin. En dialogboks kommer opp hvor du velger størrelsen på emnet før fresing.

Valg av verktøy kommer opp i dialogboksen når du velger planfresing (facing). På neste operasjon i setup velger du å frese ut lomme (pocket) og velger nytt verktøy.


Kapittel 5  /  CNC 209

er in

Verktøyene listes opp etter antallet tilgjengelige verktøy i CNCmaskinen. I DAP-programmet velger du et verktøy til én del av programmet, og deretter eventuelt et nytt verktøy til neste operasjon. Når du programmerer videre, vil spindelhastighet og mating bli satt opp automatisk av programmet, som tilpasser dette til henholdsvis grovfresing («grooving») og finfresing («finish») for de materialene som ligger inkludert i DAK-programmet.

g

Verktøymagasinet på maskinen har et visst antall verktøy som kan byttes ut etter hvor mange forskjellige arbeidsoperasjoner som skal utføres.

offset: forskyvning; angis med en avstand til for eksempel en linje eller en sirkel

n

til

vu

rd

Neste steg er å fastsette offset i samsvar med arbeidsstykket og en sikker hjem-posisjon for verktøyet. Alt dette er nødvendig for at verktøyet ikke skal kollidere med maskinen eller emnet. Nullpunktet på koordinataksen plasseres noen ganger i midten av et emne, andre ganger i det ene hjørnet.

Ku

Oppsett på arbeidsstykke som er fastspent i en skruestikke. Pass på at du ikke velger å frese sidene som er fastspent, de bør ha ferdig bearbeidet flate.

Neste steg er å fastsette hvor arealet som skal freses ut av arbeids­ stykket, er. Her kan du velge flere parametere. Noen ganger kan det være aktuelt å programmere inn flere opplysninger som maskinen må ta hensyn til for å fungere best mulig.

parameter: størrelse som kan ha ulike verdier


210 DEL 2 //

er in

g

Simulering av programmet kan med fordel utføres med en tilleggs­ funksjon i programmet som sikrer at det ikke skjer kollisjoner i maskinen. Spør læreren dersom du er usikker!

Maskiner som arbeider i xy-planet (2D)

rd

Ikke alle maskiner jobber i tre eller flere akser. Eksempler på det er enkle CNC-styrte laserbrennere som skjærer ut deler av stålplater.

vu

Det finnes også enkle CNC-maskiner med en løsning som noen kaller «2,5D» fordi disse maskinene jobber i ett plan samtidig som vi kan definere flere forskjellige z-høyder. Du kan for eksempel tegne en komplisert figur som skal freses ut eller graveres, og maskinen stilles inn til å frese ned til en gitt, maksimal dybde. Noen av disse maskinene brukes til å frese ut etter en bildefil eller en logo. Z-verdien er da låst til en begrenset minimums- og maksimumsverdi. Derfor er ikke dette en fullverdig 3D.

til

Du kan også tegne inn flere figurer på overflaten av emnet, og definere dybden som skal freses innenfor området for hver figur. Det brukes blant annet til å frese ut navneskilt eller logoer med navn på.

n

Oppsummering

G-koder brukes til å styre bevegelsene til et verktøy i en CNC-styrt maskin.

Ku

• •

M-koder brukes til å sette i gang funksjoner som start og stopp, kjølevæske på og av, osv. i en CNC-styrt maskin.

x, y og z er akser i et koordinatsystem bestå­ ende av et xy-plan, xz-plan og et yz-plan. Bevegelsen til et verktøy i en CNC-styrt maskin går i de tre retningene x, y og z og brukes som til- og fra-verdier i programmeringen.


Kapittel 5  /  CNC

En CNC-maskin kan programmeres med G-koder, dialogstyring, DAK-programvare og DAP-programvare.

Modellering vil si å tegne en tredimensjonal figur i et DAK-program eller direkte i et DAP-program.

Fresemaskiner som styres av CNC-maskiner, arbeider som regel i xy-plan der z-retningen er vertikalt på planet.

Sykluser blir brukt for flere forskjellige operasjoner, blant annet boring.

Verktøykompensasjon må registreres for hvert av skjæreverktøyene i verktøymagasinet i en CNC-styrt maskin.

Dreiebenker har z-aksen i samme retning som hovedsleiden og x-aksen i samme retning som tverrsleiden.

Repetisjon

er in

g

211

Oppgave

Samarbeid med en annen elev for å produsere en enkel gjenstand i en CNC-styrt fres eller dreiebenk. Dere kan selv velge oppgaven ut fra et produkt dere har valgt. Bruk en DAK/DAP-løsning til denne oppgaven. Gjenstanden kan godt være en del av en øvingsrekke som skolen bruker til manuell dreiing eller fresing.

rd

1 Hva slags forkunnskaper trenger du før du kan operere en CNC-styrt maskin?

vu

2 Hvilke forberedelser må du gjøre når du planlegger å bruke sponskjærende verktøy til å produsere en gjenstand i en CNC-styrt fres? 3 Hvilke G-koder er det som styrer igangsetting og stopp av spindelen på en CNC-maskin? 4 Hvorfor benyttes det boresykluser? 5 Hva er hensikten med G-blokker?

til

6 Hvordan vil du gå fram for å tegne en aksling med en komplisert form i et DAK-program?

n

7 Hvordan kan du bruke en modell som er tegnet i et DAK-program, til å produsere en gjenstand i en CNC-maskin?

Ku

8 Samarbeid med en annen elev for å lage et verktøy i en CNC-styrt fres eller dreiebenk. Dere kan selv velge oppgaven ut fra et produkt dere har plukket ut, og velge om dere vil program­ mere manuelt med G-koder, dialogstyring eller en DAK/DAP-løsning.

a Tegn delen i et DAK-program, og lagre filen i et format som DAP-programmet kan lese. b Sett opp verktøyliste med verktøykompensasjon for diameter og høyde. c Sett opp emnet med programnullpunkt i sam­ svar med maskinnullpunkt. (Dere kan bruke dialogstyringen som brukes i programmet til CNC-maskinen, dersom det er tilgjengelig.) d Lag resten av programmet, og simuler det i DAP-programmet. e Produser delen i CNC-maskinen (hvis den er tilgjengelig på skolen).


212 DEL 2 //

3D-printing 3D-printing eller 3D er en produksjonsteknikk der tredimensjonale deler kan bygges opp fra en DAK-fil (f.eks. .stl,.obj,.fbx). En 3D-printet del blir til i en prosess der det tilføres materiale, som oftest lag for lag, til delen er komplett. Hvert av disse lagene kan ses på som et tynt skivet horisontalt tverrsnitt, derfor blir betegnelsen «2,5D» ofte brukt om 3D-print. Jo tyn­nere tverrsnittet er, desto mer detaljert blir den endelige delen.

prototyp/prototype: foreløpig utgave av et produkt

I motsetning til CNC-maskiner og andre maskiner der deler blir kuttet eller frest ut av større deler, blir delene i en 3D-printer bygd opp lagvis. 3D-printere har lave installasjonskostnader, og en kan produsere kompli­ serte former med mindre materiale enn med tradisjonelle produksjons­ metoder. Det gjør 3D-printere godt egnet til å utvikle prototyper i industrien.

REFLEKSJON Er 3D-printing bærekraftig i forhold til andre produksjons­ metoder? I diskusjoner hører vi argumenter som mindre avfall, resirkulering og gjenbruk av materialer. Hva mener du?

Teknologien og bruksområdene til 3D-printing har utviklet seg raskt. I dag finner vi resultater av 3D-printing i hverdagsprodukter (solbriller, sko, interiør), industrielle produkter (verktøy, prototyper, funksjonelle deler), tenner, proteser, filmrekvisitter, osv. Materialer som plast, gummi, metall, betong og papir, og i noen tilfeller spiselige materialer (f.eks. sjokolade), blir brukt i 3D-printing.

vu

rd

er in

g

printe: skrive ut

Forskjellige typer 3D-printere

Ku

n

til

Det finnes flere typer 3D-printere. De har ulike fordeler og ulemper, bruksområder og prosesser. Med et lite unntak blir 3D-objekter konstruert på samme måte – lag for lag. Vi skal se nærmere på noen av de mest kjente typene 3D-printere.

Figurer som er printet ut i tre forskjellige filamentfarger i en 3D-printer.


Kapittel 5  /  CNC 213

filament: materialet som blir brukt til å lage 3D-modeller

til

vu

rd

er in

FDM (Fused Deposition Modeling) er en av de vanligste typene 3D-printere. Plast eller metalltråd (mest kjent som filament) blir viklet fra en spole og forsyner en ekstruderingsdyse som kan starte og stoppe strømmen av filament. Dysen som smelter materialet, kan bevege seg horisontalt og vertikalt ved hjelp av en styrt mekanisme. 3D-objektet blir konstruert ved at et smeltet materiale blir ekstrudert på en byggeplate, lagvis etter modellen. Materialet herdes umiddelbart etter ekstruderingen.

g

FDM

Eksempel på en FDM-printer.

n

Det er mange fordeler med denne 3D-printeren: Den er relativt billig og enkel å bruke, lett å installere («plug and play») og avgir lite lukt. 3D-objektene krever lite etterarbeid og behandling når de er ferdige.

Ku

FDM-printere med flere ekstruderhoder kan skrive med et støtte­ materiell som løses opp, mens FDM-printere med enkle ekstrudere skriver ut i et mindre tett materiale som kan knekkes av når printen er ferdig. Med flere ekstruderhoder er det også mulig å skrive ut i flere farger eller materialer. Noen leverandører leverer 3D-printere med multimateriell print.

multimateriell print: det å framstille en gjenstand ved å bruke flere materialer samtidig


214 DEL 2 //

SLA

er in

g

SLA (stereolitografi) er den eldste metoden for 3D-printing. Byggeplaten blir ført ned i et kar med flytende ultrafiolett (UV), herdbar harpiks helt til den berører harpiksen. En UV-laser i karet bygger lagene, ett lag om gangen. For hvert lag sporer laseren et tverrsnitt av modellen i harpiks­ en. UV-laseren herder laget som spores, og det størkner på underlaget. Etter hvert som det dannes et nytt lag, blir byggeplaten ført oppover helt til delen er ferdig.

Fordelen med SLA-printere er at de gir sterke deler med mange detaljer, og printerprosessen er rask. Harpiksen og printeren er derimot dyre, og ferdige objekter krever mye etterbehandling.

SLS

rd

SLS (selektiv lasersintring) likner på stereolitografi. En laser størkner materialet og lager en sterk del. Men det er en stor forskjell: SLAprinteren bruker flytende harpiks, mens i SLS-printeren er det en kraftig laser som smelter et pulvermateriale. Laseren skanner lag for lag i et 3D-modelleringsprogram og bygger materiale lagvis til delen er ferdig.

vu

Fordelen med SLS-printeren er at den kan produsere i mange mater­ialer, som plast, glass, keramikk og noen metaller. Det er heller ikke nødvendig med støttemateriell for å skrive ut deler, fordi delene er trykket ned med kraft. Dermed kan SLS-printere brukes til å lage mer kompliserte og nøyaktige deler enn med andre printere.

Ku

n

til

Deler som printes ut i en SLA-printer, herdes lagvis ved hjelp av en UV-laser.

Laseren i en SLS-printer smelter et pulvermateriale som bygger modellen lagvis.


Kapittel 5  /  CNC 215

Programmering av 3D-modeller

vu

rd

er in

Da blir 3D-modellen delt i hundrevis eller tusenvis av horisontale lag eller skiver. Her kan du også legge inn parametere for fylling («infill»), støttemateriell du vil bruke, og mønster på fylling, materialtype osv. Noen 3D-printere har en innebygd skivebygger (slicer) og lar deg skive DAK-filen eller andre 3D-filformater direkte. Når filen er skivet, kan den mates til 3D-printeren. Det gjøres via USB, SD-kort eller internett, avhengig av hvilken printer du har.

skiving (slicing): modellen byg­ges lag for lag med skiver av et materiale

g

Det finnes mange forskjellige programvareverktøy for 3D-modellering. Programmer for industrien er dyre, men enkelte programvarer er gratis (f.eks. TinkerCAD, Vectary og SketchUp Free). Når du har laget en 3D-­modell, er neste trinn å klargjøre filen for 3D-printeren. Denne prosessen kalles skiving (slicing).

I programmet velger vi hvordan lagene bygges oppå hverandre til de utgjør et komplett produkt.

Ku

n

til

I dialogboksen kan du justere måten lagene er bygd opp på. I dette tilfellet er lagene bygd oppå hverandre i en buet (sfærisk) form.

Materialet du skal skrive ut, velger du i en annen dialogboks.


216 DEL 2 //

Toleranser

er in

g

Hvis du designer en del som skal passe inn i en annen del (pasning), må du sørge for at det er riktig pasning mellom de to delene. Toleransen på delene vil avhenge av skriveren du bruker, så det kan være lurt å skrive ut en prototyp for å se om toleransen stemmer. Hvis delen skal maskin­ eres i etterkant, må du beregne dimensjonen slik at du har litt å gå på. Med 3D-skrivere blir hullene aldri like nøyaktige som ved boring og brotsjing. Gjenger er det best å lage etter 3D-printingen.

til

vu

rd

For å velge det som er best for din oppgave, er det igjen viktig å sette seg inn i programmet som brukes på skolens 3D-printer. Ikke alle skrivere kan skrive ut i alle slags materialer, og det er egne programmer og framgangsmåter for de ulike printerne.

Ku

n

Eksempel på en av flere metoder for 3D-utskrift i metall.

Profesjonell 3D-printing i metall utføres her i en skriver med trådmating. En laser smelter sammen metallet lag for lag. Denne typen tredimen­ sjonal utskrift i metall krever etterbehandling. Maskinen printer i rust­ fritt metall, kobber og andre sterke metaller. Når maskindelen er skrevet ut, skal den igjennom en vaskeprosess. Delene blir vasket før den siste operasjonen gjennomføres. Det er viktig for at vi skal få den materialkvaliteten som vi stiller til disse metallene. Metoden kalles sintring. Da blir metalliske eller mineralske materialer i pulverform herdet ved oppvarming til et fast stoff.


rd

er in

g

Kapittel 5  /  CNC 217

vu

Når delene kommer ut av sintringsovnen, er de klare til bruk.

til

Temperatur

Sintrings-fase

n

Bindings-fase

Ku

Sintringsprosessen i ulike faser.

Tid


218 DEL 2 //

Det er viktig å tenke på toleranse på deler som skal passe sammen. Lag en prototyp om du ønsker å lage flere av den samme delen, da unngår du feilproduksjon. Du kan skrive ut deler i de fleste materialtyper, avhengig av hva slags printer du har tilgjengelig.

2 Hvordan overføres materialet til det endelige produktet i en FDM-printer? 3 Hva er forskjellen mellom måten en FDMprinter og en SLA-printer produserer deler på? 4 Hvordan kan du produsere en del ved hjelp av en 3D-utskrift? 5 Hvilke fordeler har 3D-printing framfor maskinering?

6 Hva skiller profesjonell 3D-print av metall fra andre metoder?

7 Hvordan kan du oppnå et mest mulig nøyaktig produkt i en 3D-printer med hensyn til toleranse og pasning?

3D-printing i metall foregår i en tredelt prosess der delen skrives ut, vaskes/rengjøres og sintres i tre forskjellige maskiner.

vu

3D-printing kan utføres direkte fra DAKprogrammet eller ved hjelp av programmer i printeren eller programmer som kan lastes ned fra internett.

1 Hvordan produseres deler i en 3D-printer?

g

Det finnes forskjellige maskiner til 3D-printing, for eksempel SLA, SLS og FDM.

rd

Repetisjon

er in

Oppsummering

Gruppeoppgave

Noen produsenter av 3D-printere påstår at 3D-printing er en bære­ kraftig produksjonsmetode.

Ku

n

til

a Søk på internett, og se hvilke argumenter du kan finne for og imot påstanden. b Hvilke fordeler og ulemper har 3D-printing sammenliknet med andre produksjonsmetoder, for eksempel maskinering, når det gjelder effektivitet og miljø? c Kan materialer som brukes til 3D-printing, gjenvinnes og brukes på nytt?


g er in

6 Roboter

rd

MÅL

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du kunne vite hva en robot er

kjenne til bruksområdene til de vanligste robotene

vu

forstå hvordan roboter programmeres

Ku

n

til

Utviklingen av roboter har gitt oss mulighet til å utføre et arbeid på en raskere og ofte tryggere måte. Det gir mer lønnsomhet i mange typer industrier. Roboten kan også utføre arbeid som ville vært skadelig for mennesker på grunn av inhalering av gass eller røyk. Dermed kan sykefraværet reduseres, og bedrifter som bruker roboter, kan få en mer effektiv drift. Roboter av forskjellige typer kan jobbe sammen og utfylle hverandre i en produksjon, og er en viktig del av den fjerde industrirevolusjonen som utvikles i disse dager.


220 DEL 2 //

Litt historikk Ordet robot stammer fra et tsjekkisk skuespill fra 1920. Det beskrev kunstig produserte mennesker uten vilje eller følelser som utførte oppgaver for eierne sine.

g

I den moderne verden har ordet robot utviklet seg til å bli brukt om mange ting. Det beskriver blant annet selvgående gressklippere og støvsugere, noen typer droner, menneskeliknende maskiner og produksjonsutstyr.

er in

I industrien snakker vi ofte om «mekaniske armer», «robotarmer», «industrielle manipulatorarmer», eller mekaniske kjøretøy som kan kategoriseres som roboter. De kan utføre oppgaver som sveising, lakkering, montering, inspeksjon, logistikk og testing, og andre operasjoner som er viktige i industriproduksjon.

rd

Utviklingen av verdens første industrielle robot til lakkering startet her i Norge i 1964. Trallfa Robot, ASEA seinere kjent som ABB, produserte roboter på Bryne fram til 2009.

Robothunden Spot

Robothunden Spot har fått arbeid på en norsk oljeplattform.

Ku

n

til

vu

Robothunden Spot skal gå rundt og lukte, lytte og se hva som skjer på oljeplattformen 210 kilometer ut i Norskehavet. Hunden kommer til på steder på plattformen som er vanskelig tilgjengelige. Og i motsetning til oss mennesker blir den aldri sliten! Spot har sensorer og kameraer som blant annet kan oppdage gasslekkasjer eller tilløp til brann. Den kan også høre hva slags lyder som maskiner og utstyr på plattformen lager. Dataene som Spot samler inn, kan analyseres for å oppdage om noe er galt. Robotsystemene skal gjøre offshore­ operasjonene tryggere, mer effektive og mer bærekraftige. Spot er ett av mange eksempler på hvordan automatiseringen rykker inn i arbeidslivet. I norske matbutikker blir stadig flere medarbeidere erstattet av selvbetjeningskasser, og yrkesgruppen aksjemeglere er langt på vei erstattet av regneprogrammer, som jobber raskere og mer presist. Kilde: Aftenposten, februar 2020


Kapittel 6  /  Roboter 221

Ulike kategorier roboter

er in

• industriroboter som manipulator (fra f.eks. ABB, KUKA, FANUC, Yaskawa), manipulatorarm (seks eller fire akser), SCARA-robot, deltarobot eller kartesisk robot (x-, y- og z-akse) og kollaborerende (samarbeidende) robot, som kan være alle de ovennevnte kategoriene ved hjelp av riktig utstyr

g

En robot er i hovedsak en datastyrt enhet som kan programmeres til å gjøre en ønsket arbeidsoppgave. Vi skiller mellom

• mobile roboter (fra f.eks. OMRON, MIR, MAX AGV), enten styrte (følger forhåndsbestemte ruter eller fysiske baner) eller selvstendige (beveger seg fritt) • konsumerroboter, som leker (f.eks. Lego Mindstorms, Makeblock, Dobot) og serviceroboter (f.eks. gressklipper og støvsuger)

rd

• spesialistroboter, som roboter til militære formål og andre fjern­ styrte roboter (til inspeksjon, fjernstyring, redning, service osv.)

vu

• rene programvareroboter, som RPA – robotisert prosessautomasjon, «chatbots» Robotisering, automasjon og digitalisering spiller en stadig økende rolle i hverdagen vår og har mange bruksområder. Denne utviklingen er kom­ met for å bli og er viktig å utnytte for et konkur­ ranse­dyktig samfunn.

Ku

n

til

Et eksempel er den mobile roboten som ble brukt til desinfisering på et sykehus i forbindelse med covid-19-pandemien i 2020. Da ble det utviklet en mobil robotløsning som kan sendes inn i områder der det kan være farlig for mennesker, eller i dette tilfellet: fare for smitte. Det er en selv­kjørende robot, en AIV (Autonomous Intelligent Vehicle). Den benyt­ter sensorer og kamera for å navigere seg rundt på egen hånd, men kan også forhånds­ program­meres til en ønsket rutine.

Roboter er tatt i bruk i helsevesenet.


222 DEL 2 //

Industrielle roboter

er in

En industrirobot består vanligvis av

g

Industrielle roboter er spesielt bygd for å utføre oppgaver i produksjons­ industrien. Det er roboter med et bredt utvalg av nyttelast og rekkevidde, alt etter oppgaven som skal utføres. For eksempel kan det dreie seg om prosesser som skal løfte emner på under ett kilo et par centimeter, eller emner på et tonn flere meter.

• et elektrisk styresystem • mekaniske deler

• elektriske, pneumatiske og/eller hydrauliske kraftoverførende komponenter (motorer, sylindere, gripere) • et program

rd

• et sikkerhetssystem

Ku

n

til

vu

• et brukergrensesnitt

Robot som er i gang med å stable paller innenfor et sikkerhetsgjerde.


Kapittel 6  /  Roboter 223

er in

Det er blitt mer og mer vanlig med mobile roboter i produksjonen i forbindelse med ulike logistikk­ oppgaver. AIV-er og AGV-er (AGV – Automated Guided Vehicle) gir en mer effektiv arbeidsflyt, ettersom de bidrar til samspill mellom produksjon og logistikk. De kan benyttes blant annet til å hente eller levere varer på transportbånd, plukke varer basert på ordre, stable paller eller levere komponenter fra A til B.

g

Mobile roboter

Ku

n

til

vu

rd

Industriroboter av typen samarbeidende roboter («Co-bots») blir også stadig mer populære i industrien. Denne typen roboter har flere sikker­ hetsfunksjoner (innebygde sensorer for økt sikkerhet) og er enkle å programmere. Samarbeidende roboter bidrar til å skape et interaktivt produksjonsmiljø der mennesker og roboter kan arbeide tett sammen. Eksempelvis kan samarbeidende roboter brukes til å sette sammen små deler, teste kretskort eller flytte på elementer sammen med en operatør.

Roboter kan brukes i samarbeid med mennesker.

I industrien bidrar robotisering blant annet til økt effektivitet og konkur­ ranse­dyktig produksjon. Roboter er også med på å forbedre helse, miljø og sikkerhet (HMS) på arbeidsplassen, fordi de kan utføre ubehagelige, vanskelige eller helseskadelige oppgaver. På den måten reduseres også faren for ulykker og belastningsskader som er knyttet til oppgaver som ansatte gjør manuelt.

Mobil robot.


224 DEL 2 //

vu

rd

er in

g

Ulike robotleverandører leverer også egne programmer som åpner opp for at roboter kan programmeres offline. Her er RobotStudio verdens mest brukte program. Det gjør det lett å trene, programmere og simu­ lere robotanlegg i 3D, virtuell eller utvidet virkelighet («augmented reality»). Dermed blir roboter fleksible og har kort omstillingstid, og de kan enkelt og raskt omstille seg fra én oppgave til en annen. Sist, men ikke minst, leverer roboter samme resultat over tid, altså med minimal variasjon og jevn kvalitet.

Ku

n

til

Robotstudiodemonstrasjon i «virtual reality».

Robot som pakker muffins.


Kapittel 6  /  Roboter 225

Sikkerhet Sikkerhet i produksjonen er svært viktig, og i maskindirektivet finner vi krav til sikkerhet for alle typer maskiner i Norge. Roboter er kategorisert som maskiner, og er dermed omfattet av maskindirektivet.

er in

g

Et sikkerhetssystem består ofte av både programmering og mekaniske og elektriske komponenter. For å ivareta sikkerheten til mennesker rundt roboter må roboter og mennesker holdes adskilt med gjerder eller bur. På den måten kan ikke roboten skade personer.

Roboter må svært ofte arbeide i en sikker sone så ingen blir skadet.

Ku

n

til

vu

Det finnes flere typer sikkerhetssensorer. Valg av riktig utstyr og riktig bruk av det gjør samarbeidet mellom industrielle roboter og mennesker trygt. Hvis en operatør har behov for å bevege seg inn i området til et robot­system, kan sikkerhetssensorer koples til robotkontroller for å reagere på at en person er kommet inn i sikkerhets­ sonen. Da kan utstyret automatisk overvåke og styre hastigheten på roboten så lenge noen er innenfor sikkerhets­sonen. Når operatøren forlater sonen, vil roboten gjenoppta oppgaven i opprinnelig hastighet.

rd

Sensorer i produksjonsområdet reagerer når personer kommer for nær maskinen. Dermed stanser roboten, og ingen blir skadet. Maskinen må som regel startes igjen på manuelt vis dersom sensorer er blitt utløst. Hvordan et sikkerhetssystem skal bygges opp, er bestemt i lover, standarder og normer. Det baserer seg i de aller fleste tilfellene på en risikovurdering som kartlegger farer som kan oppstå, og forebygger dem.

Safe speed is supervised Robot reduces speed Operator out of hazard robots run full speed

Sikkerhetssoner på ulike nivåer.


226 DEL 2 //

Programmering av roboter

g

Et program er en serie instruksjoner som forteller roboten hva den skal gjøre. Programmeringen består i å designe, skrive, teste, feilsøke og vedlikeholde kildekoden (kodespråket) til programmet som skal tolkes av roboten, slik at kodene til enhver tid er oppdatert.

er in

De aller fleste roboter brukt i industrien eller i teknisk produksjon er programmert med koding. Det er vanlig at ulike robotleverandører har utviklet egne kodespråk (ABBs RAPID, KUKAs KRL, Fanucs Karel). Roboter kan programmeres

• med koding (f.eks. Python, C/C++, Java, G-koder eller robotspesifikt språk)

rd

• med grafisk, blokkbasert programmering (f.eks. GrafCet, TMFlow, mBlock) • automatisk, ved å bruke 3D-tegninger (CAD-tegninger) som grunnlag

Ku

n

til

vu

• manuelt, ved å bevege roboten gjennom programmet (det kan gjøres ved å bevege roboten fysisk ved hjelp av en joystick eller med virtuelt simulerte roboter, VR eller AR)

Pendant og styreskap til en industriell robot.


Kapittel 6  /  Roboter 227

er in

Når vi lager et program, samme hvilket programmeringsspråk vi bruker, begynner vi med å planlegge programmet. Til det bruker vi et flytskjema, et diagram som beskriver det vi vil skal skje i programmet, og når det skal skje. Det finnes mange forskjellige standarder for flytskjema, men det enkleste kan tegnes på papir med former og piler. Vi bør også lage en tekstbeskrivelse som følger programmet, og som gjør rede for hensikten med programmet.

g

På samme måte som CNC-maskiner er utstyrt med en programpakke som varierer fra maskin til maskin, er det også tilfellet med roboter. Derfor må du som skal lære å bruke en robot på skolen eller på arbeidsplassen, bruke det programmet og det programmeringsspråket som hører til roboten som brukes der.

Ku

n

til

vu

rd

Når vi er ferdige med å planlegge hvordan programmet skal fungere, er det ofte enklere å overføre det til det aktuelle programmeringsspråket. Vi kan oppdatere flytskjemaet etter hvert som vi endrer på programmet, slik at vi får et skjema og et program som henger sammen og kan hjelpe deg eller andre til å forstå programmet.

Det er blitt stadig enklere å programmere en industriell robot.


228 DEL 2 //

Oppsummering Det finnes forskjellige robottyper: industrielle roboter, mobile roboter, konsumerroboter, spesialistroboter og rene programvareroboter.

En robot programmeres til å utføre oppgaver i en rekkefølge ved hjelp av instruksjoner.

Robotarmer kan brukes til lakkering, montering, inspeksjon, logistikk, testing og andre operasjoner som er viktige i en produksjonsprosess.

Roboter kan programmeres med koding, grafisk blokkbasert programmering, automatisk fra DAK-program eller manuelt.

Roboter kan utføre arbeid i industrien som er helsefarlig, ubehagelig eller farlig, og dermed øke sikkerheten for de ansatte.

Roboter er maskiner og er regulert i maskinforskriften.

Krav til sikkerhet for roboter som brukes i industrien, omfatter inngjerding og andre sikkerhetsregler for å hindre at folk blir skadd.

rd

er in

g

vu

Repetisjon

1 Hvor ble de første industrielle robotene laget?

2 Hvilke typer industri­roboter har vi? 3 Hva er en kollaborerende robot?

til

4 Hvilke oppgaver kan utføres med mobile roboter? 5 Hvilke krav stilles det til sikkerhet i robotens arbeidsområde? 6 Hvilke typer program­merings­metoder brukes til å planlegge kjøring av en robot?

Ku

n

7 Hvilke kodespråk kan brukes i program­meringen av roboter?


Kapittel 6  /  Roboter 229

Oppgaver

2 Tenk deg at du skal programmere en robot til å gjøre en enkel jobb i verkstedet på skolen, for eksempel flytte en gjenstand fra én pall til en annen pall. Skriv ned rekkefølgen av det roboten skal gjøre, fra der den begynner jobben, til den er ferdig med å flytte delene. Det blir en arbeidsbeskrivelse for roboten.

Bruk gjerne koordinatene du ønsker at roboten skal bevege seg fra og til. Start f.eks. ved x = 0, y = 0 og z = 200 mm med gripearm. Bevegelse til x = 100, y = 100 og z = 20 (der delen er). Grip delen. Flytt delen til x = 100, y = 800, z = 20. Slipp delen, osv.

Du må tenke på hvor delen er (x-, y- og z-koordinater), hvor roboten skal bevege seg, enkleste vei dit (koordinater igjen) og hva den skal gjøre når den er framme, og gjenta med nye koordinater.

rd

er in

g

1 Nevn noen oppgaver du kan tenke deg at en robot kunne utført på din skole.

Ku

n

til

vu

3 Du skal sammen med en annen elev planlegge og programmere en oppgave for en robot som er tilgjengelig på din skole. Dokumenter framgangsmåten dere ønsker å bruke, hvilken oppgave roboten skal gjøre, og erfaringene dere har fått etter at oppgaven er fullført.


g er in vu

3

rd

DEL

Kjemiprosess

til

MÅL

Når du har arbeidet med del 3 Kjemiprosess, skal du

Ku

n

forstå hva vi mener med prosessforståelse forstå hva vi mener med kvalitet kunne forklare grunnprinsippene for en regulator kjenne til P&ID kjenne til den grunnleggende oppbygningen og virkemåten til måleinstrumenter forstå hva aggregattilstander er kunne bruke periodesystemet og kjenne til ulike typer molekylbindinger


231

g

Kjemisk prosessindustri gir oss byggesteinene til en rekke produkter som vi er helt avhengige av i vårt moderne samfunn. Medisiner, klær, drikkeflasker, drivstoff og mange ulike byggematerialer har sitt utgangspunkt i kjemiske prosesser. Uten den kjemiske prosessindustrien hadde hverdagen din sett svært annerledes ut!

1 Prosessforståelse

4 Kjemiteknikk

Hvordan kan vi bruke kunnskap om kjemi og fysikk i praksis? Én ting er å vite hvordan vi lager et produkt i et laboratorium, men å gjøre det i stor skala i en fabrikk kan være en stor ut­fordring! Kunnskapen om hvordan vi bruker kjemi og fysikk i industrien, kalles kjemitek­ nikk. Her skal du lære litt fysikk som er viktig for å forstå kjemiske prosesser.

2 Reguleringsteknikk

vu

rd

Et eksempel på en kjemisk prosess finner du i en forbrennings­motor. Der er råvarene luft og drivstoff (vanligvis bensin eller diesel), og ­hovedproduktet er energi, mens karbondioksid og vann er biprodukter. I motoren foregår det en forbrennings­reaksjon, en forbrennings­ prosess.

er in

Hva er egentlig en kjemisk prosess? Hva foregår i slike prosesser? Hvordan styrer vi dem? Hva slags utstyr bruker vi? Det er noen av de spørsmålene vi skal gi svar på her.

til

I industrielle prosesser er vi helt avhengige av at reguleringen av pådrag skjer automatisk. Da må vi knytte sammen skal-verdi, er-verdi og styringen av pådragsorganet (ventilen). Dette gjør vi med en regulator.

3 Instrumentering og måleteknikk

Ku

n

Presise målinger av temperaturen i en reaktor, trykket i en kompressor eller nivået i en tank kan være avgjørende for om vi klarer å produ­ sere det rette produktet. Det er også viktig med pålitelige målinger for at vi skal kunne operere fabrikken på en sikker måte.

5 Kjemi

Vi mennesker har laget oss skalaer som passer for vår verden: meter, kilo og sekunder. Men under overflaten til alle ting finnes det en helt annen verden, det som alt stoff er bygd opp av: atomer, molekyler og kjemi! Hvorfor er det slik at vi kan blande to stoffer, og så få dannet et helt nytt stoff? Det er det som skjer i kjemisk prosessindustri: Vi tar ett eller flere mindre verdifulle stoffer og omdanner det til et stoff som er mer verdifullt.


g er in

1 Prosessforståelse

rd

MÅL

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du kunne forstå hva en prosess er

vu

vite hva som er pådrag og utganger i prosesser og delprosesser forstå hva som menes med samvirkninger

forstå hva som menes med prosessforstyrrelser forstå hva som menes med kvalitet

Ku

n

til

I dette kapitlet skal du lære om hva en kjemisk prosess er, og hva som påvirker slike prosesser. Du vil også lære om hva vi mener med kvaliteten på et produkt, og litt om hvordan råvarer og innstillinger på maskinene i fabrikken påvirker kvaliteten.


Kapittel 1  /  Prosessforståelse 233

Hva er en prosess?

Gjøre noe...

Gjøre noe annet...

Produkt

er in

Råvare

prosess: en råvare gjennomgår en systematisk rekke av handlinger og ender opp i et produkt

g

Før vi ser nærmere på hvordan kjemiske prosesser gjøres i industrien, må vi ha svar på ett viktig spørsmål: Hva menes egentlig med en «prosess»? Kort kan vi si at en råvare går gjennom en systematisk rek­ke av handlinger og ender opp som et ferdig produkt.

Flytskjema som viser hvordan råvarene gjennomgår en systematisk rekke av handlinger og ender opp i et produkt.

Ku

n

til

vu

rd

Hva i all verden betyr dette? Tenk deg at du skal lage en fuglekasse. Du starter med noen plankebiter og en eske med spiker. Dette er råvarene dine. Deretter må du sage opp plankene i passende lengder, spikre dem sammen og bore et hull så fuglen kan komme inn og ut. Dette er proses­ sen, mens sag, hammer og bor er verktøyene du bruker. Til slutt ender du opp med produktet: en fuglekasse!

Råvarer, prosess og verktøyene for å lage en fuglekasse.

I mekanisk industri foregår prosessen på denne måten, med mekanisk bearbeiding og sammenstilling av flere råvarer. I kjemisk prosess­ industri skjer det mer enn bare mekanisk bearbeiding, der foregår det også kjemiske endringer av råvarene. En kjemisk prosess involverer en eller flere kjemiske reaksjoner på veien fra råvare til produkt.


234 DEL 3 ///

Et eksempel på en kjemisk prosess finner du i en forbrennings­motor. Der er råvarene luft og drivstoff (vanligvis bensin eller diesel), og hoved­ produktet er energi, mens karbondioksid og vann er biprodukter. I motoren foregår det en forbrennings­reaksjon, en forbrenningsprosess.

g

Karbondioksid + vann

er in

Luft + drivstoff

rd

Energi

En motor som bruker luft og drivstoff og gjør det om til energi.

Motoren er satt sammen av mange deler som har ulike opp­gaver. På veien fra drivstofftanken til eksosanlegget finner du et filter, en driv­ stoffpumpe, innsprøytningsventiler og en sylinder. Dessuten er det flere hjelpesystemer, for eksempel smøre­oljesystem og vannkjølesystem.

vu

enhetsoperasjon: et enkelt­ stående steg i en prosess

til

Vi deler gjerne større prosesser (slik som hele bilmotoren) opp i mindre delprosesser, eller enhetsoperasjoner.

Ku

n

For å kunne lage det produktet vi ønsker, er prosessen som regel satt sammen av mange enhetsoperasjoner.

Kjemiske prosesser blir ofte overvåket og regulert fra et driftssenter.

Et stort prosessanlegg består av mange rør, målepunkter, pumper og ventiler. Som oftest blir dette regulert automatisk.


Kapittel 1  /  Prosessforståelse 235

Pådrag og utganger

er in

Tenk deg at du står i en dusj, og at denne dusjen har to kraner: en for varmt vann og en for kaldt vann. Dusjen har altså ikke noe blandebatteri, slik de fleste dusjer har i dag. De fysiske forholdene som kan justeres for å påvirke prosessen, kaller vi pådrag. I dusjen er det mengden kaldt og varmt vann som er pådragene.

pådrag: ting du kan endre på i prosessen

g

Vi bruker en prosess som du kjenner godt, å dusje, som et eksempel for å forklare en del vanskelige begreper.

utgang: det som forandrer seg når vi endrer pådragene

Utgang

? Pådrag

Pådragene i en dusj er mengden kaldt og varmt vann. Utgangene er riktig mengde vann med passe temperatur.

vu

Varmtvann

rd

Kaldtvann

til

Det er to ting du ønsker å oppnå når du skrur på vannet: Det må ha passe temperatur, og det må komme en passelig mengde vann ut av dusjhodet. Dette er utgangene i denne prosessen. Pådragene i en prosess er de tingene som vi kan endre på, som på­virker prosessen. Utganger er de tingene som forandrer seg når vi gjør end­ ringer i pådraget.

Ku

n

For å oppfylle ønsket ditt om temperatur og mengde må du skru på kranene for varmt og kaldt vann. Du kan altså justere to pådrag, det holder ikke å bare justere ett av dem. Dette er et eksempel på en prosess med flere pådrag og flere utganger. I noen prosesser er sammenhengen mellom pådrag og utgang ganske enkel. Om du slipper inn mer bensin og luft i en bensinmotor, får du mer kraft ut. Da er det mengden av bensin og luft som er pådraget, og kraften er utgangen. I de fleste prosessene er sammenhengen mye mer komplisert.

I et kjemisk prosessanlegg er det flere pådrag som kan reguleres manuelt eller automatisk for at «utgangen» skal bli slik vi ønsker.


236 DEL 3 ///

Enhetsoperasjonene i prosesser har ofte mange pådrag og mange ut­ganger. For å oppnå de verdiene vi vil ha for alle utgangene, må vi finne en passende kombinasjon av pådrag.

er in

g

Dersom du bare skrur på kranen for kaldt vann, får du bare ett av ønskene oppfylt. Du kan få akkurat passe mengde vann ut av dusjhodet, men det vil være fryktelig kaldt. Om du bare skrur på varmtvannskranen, kan du også få en passe vannmengde, men nå vil vannet være altfor varmt. For å oppfylle begge ønskene må du skru på begge kranene.

Hva skjer når du øker mengden kaldt vann i dusjen? Det vil påvirke begge utgangene, temperaturen synker, og mengden vann ut av dusjhodet øker. Dessuten er effekten av mengden kaldt vann avhengig av hvor stor mengde varmt vann som er satt til. Dette kalles samvirkning.

samvirkning: når en utgang er avhengig av kombinasjonen av to eller flere pådrag

rd

Prosessforstyrrelser

Ku

n

til

vu

Når du kjører en prosess, vil du oppdage noe rart. Du kan stille inn på­dragene dine på nøyaktig samme måte som du har gjort en gang tidligere, men likevel blir ikke utgangene det samme som før! Det kan til og med hende at du ikke rører pådragene, men likevel varierer ut­ gangene. Hvorfor i all verden er det slik?

I et prosessanlegg kan det ofte bli prosessforstyrrelser. Det er derfor viktig å følge med og justere prosessen, slik at resultatet blir slik vi ønsker.


Kapittel 1  /  Prosessforståelse 237

er in

Det er mange ulike årsaker til forstyrrelsene. For eksempel er det alltid litt variasjon i kvaliteten på råvarene, og det kan påvirke kvaliteten på det ferdige produktet. For å motvirke dette må vi forsøke å endre måten vi kjører prosessen på. Da kan vi kanskje klare å holde en jevn kvalitet på produktet, selv om kvaliteten på råvarene varierer.

prosessforstyrrelse: uønskede variasjoner i prosessen

g

I alle prosesser, uansett om det er i en bilmotor eller i en fabrikk, har vi det vi kaller forstyrrelser. Dette er uønskede variasjoner i prosessen, og disse kan det være vanskelig å gjøre noe med.

I dusjen kan du også oppleve slike forstyrrelser, for eksempel om noen begynner å bruke mye vann et annet sted i huset. Da merker du kanskje at både mengden vann ut av dusjhodet og temperaturen på vannet endrer seg.

rd

Hva er kvalitet?

vu

I dusjen er det vannet som kommer ut av dusjhodet, som er produktet, men hvordan kan vi si noe om kvaliteten på vannet? To målinger beskriver kvaliteten på produktet i dusjen: Det er mengden vann, og det er temperaturen på vannet ut av dusjhodet. Om kvaliteten på dette produktet er «god» eller «dårlig», er vanskelig å si, for alle har sin bestemte mening om hvordan de vil ha vannet i dusjen. Noen vil kanskje ha masse vann som er ganske kaldt, andre vil ha litt mindre vann som er skikkelig varmt.

til

Kvaliteten på et produkt blir bestemt ut fra målinger av bestemte egen­ skaper til produktet, og disse egenskapene blir så sammenliknet med verdier som er bestemt på forhånd.

n

La oss se nærmere på hva dette betyr. Du vet sikkert at bensin selges i ulike kvaliteter, bestemt av oktantallet. Tallet sier noe om bensinens evne til å motstå selvantenning.

Ku

Det finnes en rekke forhåndsbestemte verdier for hva oktantallet skal være, for eksempel 95 eller 98. Når vi kjøper bensin fra pumpa som er merket med 95 oktan, forventer vi at bensinen faktisk har dette oktan­ tallet. Dersom oktantallet i virkeligheten er lavere eller høyere, kan vi si at bensinen ikke har den kvaliteten vi forventer. Et annet produkt som du antakelig kjenner godt til, er kjøttdeig. Dette produktet selges i mange ulike kvaliteter som har forskjellige navn: karbonadedeig, kjøttdeig og medisterdeig. Den viktigste forskjellen på disse produktene er innholdet av fett.

kvalitet: bestemmes fra målinger av noen egenskaper til produktet, sammenliknet med verdier bestemt på forhånd


238 DEL 3 ///

I karbonadedeig er det lite fett, mens det i medisterdeig er mye fett. Det betyr ikke at medisterdeig er kjøttdeig av dårlig kvalitet! Så lenge fettinnholdet i medisterdeigen er innenfor de grensene som er satt, er kvaliteten god (i alle fall med hensyn til fettinnholdet).

g

Når vi sier at et produkt er av dårlig kvalitet, mener vi at det ikke holder de spesifikasjonene som er satt for produktet.

er in

Av og til er det ikke nok at noen enkeltmålinger viser at produktet er innenfor spesifikasjonene. Det bør helst også være slik at det er jevn kvalitet i alle delene av produktet og over tid.

vu

rd

Tenk deg at du kjøper en pakke kjøttdeig, og at det ligger en klump med rent fett i den ene enden. Resten av pakken består av rent kjøtt. Da er ikke pakken av tilfredsstillende kvalitet, den er ikke homogen. Hvis du ser på hele pakken under ett, kan faktisk fettinnholdet være korrekt. Det holder altså ikke å bare se på fettinnholdet, vi må også se på hvordan det er fordelt i kjøttdeigen.

n

til

Karbonadedeig, kjøttdeig og medister­ deig har alle ulikt kjøtt- og fettinnhold, men kvaliteten på produktene er ivare­tatt hvis de inneholder den kjøtt- og fettprosenten som står på pakkene.

Kvaliteten er avhengig av en homogen blanding.

homogen: ensartet

Når en mengde av et stoff har de samme egenskapene og den samme sammensetningen, sier vi at mengden er homogen.

Ku

dårlig kvalitet: produktet holder ikke verdiene som er satt opp for det

Melk blir homogenisert, det vil si at fettet fordeles likt overalt i melken. Dersom den ikke hadde blitt homogenisert, hadde alt fettet blitt liggende på toppen av melka.


Kapittel 1  /  Prosessforståelse 239

En kjemisk prosess involverer en eller flere kjemiske reaksjoner på veien fra råvare til produkt. Vi deler større prosesser opp i mindre delprosesser, eller enhetsoperasjoner. En enhetsoperasjon er et enkeltstående steg i en prosess. De fysiske forholdene vi kan justere for å påvirke en prosess, kalles pådrag. Utgangen er det som endrer seg når vi justerer pådragene.

For å oppnå ønskede verdier for alle utgangene må du finne en passende kombinasjon av pådrag.

Med samvirkning mener vi at en utgang er avhengig av kombinasjonen av to eller flere pådrag.

Uønskede variasjoner i prosessen kalles prosessforstyrrelser.

Kvaliteten på et produkt bestemmes ut fra målinger som sammenliknes med forhånds­ bestemte verdier (spesifikasjoner).

2 Hva er en kjemisk prosess? 3 Hva mener vi med et «pådrag» i en prosess?

4 Hva mener vi med en «utgang» i en prosess?

5 Hva menes med «samvirkninger» i en prosess? 6 Hva er «god» og «dårlig» kvalitet på et produkt?

til

vu

rd

1 Hva er en prosess? Forklar med et praktisk eksempel.

g

Repetisjon

er in

Oppsummering

Oppgaver

b Mengden mel og steketemperatur er noen av pådragene i denne prosessen. Kan du finne flere?

2 Å bake brød er en kjemisk prosess. Et enkelt brød kan du lage ved å blande ingrediensene mel, gjær og vann. Deretter må deigen heve, brødet må bakes ut, og til slutt må det stekes.

c Smaken på brødet er en av utgangene i denne prosessen. Kan du finne flere?

Ku

n

1 Hva betyr «systematisk», og hvorfor må operasjonene i en prosess utføres på en systematisk måte?

a Tegn et enkelt flytskjema som viser enhets­ operasjonene og sammenhengen mellom disse.

d Hva slags prosessforstyrrelser tror du kan inntreffe?


240 DEL 3 ///

3 På meieriet produseres det to serier med melke­ ­kartonger som har disse verdiene for fettinnhold: Kartong 2

Kartong 3

Kartong 4

Kartong 5

Serie A

1,2 %

1,2 %

1,3 %

1,2 %

1,3 %

Serie B

1,0 %

0,9 %

2,1 %

2,0 %

1,5 %

c Hvilken produksjonsserie er best dersom vi ønsker at produksjonsserien skal være så homogen som mulig?

rd

b Spesifikasjonene for lettmelk er at den skal ha 1,5 % fettinnhold. Hvilken produksjonsserie er best dersom vi ønsker at gjennomsnittet skal være så nær spesifikasjonen som mulig?

er in

a Regn ut gjennomsnittlig fettinnhold for hver av de to produksjonsseriene.

TVERRFAGLIG OPPGAVE

e For å hente soppen i skogen tar det 1,5 time å gå tur/retur til soppområdet. En soppsanker plukker 1 kg sopp i timen. Timelønnen er 370 kr per time. Hva blir endringen i kiloprisen for sopp hvis soppsankeren plukker 5 kg eller 8 kg på turen?

vu

En suppefabrikk skal produsere soppsuppe. Soppen som brukes i suppen, blir plukket i skogen av profesjo­ nelle soppsankere. Før soppen kan brukes i suppen, må den tørkes i en tørkeovn. a Hvilke pådrag kan påvirke tørkingen av soppen? b Hvilke prosessforstyrrelser kan oppstå?

til

c Hva kan påvirke kvaliteten på soppsuppen som skal lages?

n

d Hva skal til for at suppen blir homogen?

Ku

Gjennomsnitt

g

Kartong 1

f Kostnaden med å lage 12 liter suppe er 890 kr uten moms. Hvor mye koster 0,5 liter suppe med 12 % moms?


g er in

2 Reguleringsteknikk

rd

MÅL

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du kunne forklare grunnprinsippene for en regulator

kjenne til oppbygningen av en reguleringssløyfe

vu

vite hvordan en reguleringsventil fungerer kjenne til prosessflytdiagrammer og P&ID

Ku

n

til

Kompliserte industriprosesser vil være så godt som umulige å ha kontroll over dersom vi ikke automatiserer driften. I forrige kapittel lærte du litt om hvorfor vi ønsker å kontrollere ulike strømmer (pådrag) i en kjemisk prosess, men ikke noe om hvordan det gjøres i praksis. Nå skal du lære mer om dette.


242 DEL 3 ///

Grunnprinsipper for regulering

vu

rd

er in

g

Tenk deg at du er ute og kjører bil. En av de mange tingene du må følge med på, er fartsgrensen. Du får hele tiden beskjed om hva fartsgrensen er, ved hjelp av skilter som står i veikanten. Av og til er fartsgrensen 30 km/h, for så å endres til 50 km/h.

Fra driftssentralen kan operatørene overvåke og styre prosessen.

60

100 80

Er-verdi

60 40 20 0

Skal-verdi

Ku

n

til

Når fartsgrensen endrer seg, bruker du gasspedalen for å justere farten. Speedometeret viser deg hva farten din er, slik at du vet om du kjører for fort eller for sakte.

Skal- og er-verdi når du kjører bil.

120 140 160 180 200 220 240 260


Kapittel 2  /  Reguleringsteknikk 243

er-verdi (prosessverdi): den virkelige (målte) verdien

er in

Nå vet vi hva farten skal være, og hva den egentlig er. Forskjellen mellom fartsgrensen og den virkelige farten din kalles et avvik. Vi kan regne ut avviket på denne måten:

skal-verdi (settpunkt): den verdien vi ønsker

g

Nå skal vi lære noen viktige begreper innenfor reguleringsteknikk. Farts­ grensen (som vises på skiltet) kalles en skal-verdi (settpunkt). Dette er altså den ønskede farten. Den virkelige farten kalles en er-verdi (prosess­­­­­­ verdi). I bilen ser du er-verdien på speedometeret.

Forskjellen mellom skal og er = avvik

Når vi regulerer noe, vil vi at forskjellen mellom den verdien vi ønsker, og den virkelige verdien skal være så liten som mulig.

avvik: forskjellen mellom skalverdien og er-verdien

rd

La oss ta et eksempel: Du står parkert langs en vei, og du ser på et skilt at fartsgrensen er 30 km/h. Dette er den ønskede farten, og det er skal-verdien din. Siden du står parkert, er farten din 0 km/h. Dette er er-verdien din. Avviket er altså 30 km/h. 30 – 0 = 30

vu

For at du skal gjøre avviket så lite som mulig, må du få bilen opp i en hastighet på 30 km/h. Da bruker du gasspedalen, og det elektroniske drivstoffinnsprøytningssystemet sørger for å få mer luft og drivstoff inn i sylinderen.

til

Drivstoffet og lufta til motoren er pådragene, og et større pådrag gjør at du får mer kraft ut av motoren. Ventilene som styrer mengde luft og drivstoff, kaller vi pådragsorgan. Et pådragsorgan er en innretning som gjør oss i stand til å endre pådrag i prosesser. Det vanligste pådrags­ organet i prosessindustrien er ventiler.

n

Men om farten er 35 km/h og fartsgrensen fortsatt er 30 km/h, hva er avviket da? Vi bruker formelen for å regne ut avviket, og setter inn skal-verdi og er-verdi:

Ku

30 – 35 = –5

Du kjører altså 5 km/h for fort, så nå må du slippe opp gasspedalen (redusere pådraget) for at avviket skal bli så lite som mulig.

Gasspedalen regulerer farten.

pådragsorgan: en innretning, for eksempel en ventil som gjør deg i stand til å endre pådrag i prosesser


244 DEL 3 ///

Reguleringssløyfer I industrielle prosesser er vi helt avhengige av at reguleringen av pådrag skjer automatisk. Da må vi knytte sammen skal-verdi, er-verdi og styringen av pådragsorganet (ventilen). Dette gjør vi med en regulator. En regulator er en innretning som automatisk forsøker å gjøre avviket så lite som mulig. Den blir innstilt på en skal-verdi, leser inn er-verdien, beregner avviket og styrer pådragsorganet ut fra det.

er in

g

regulator: en innretning som automatisk prøver å gjøre avviket så lite som mulig

Er-verdien blir målt med et måleinstrument (sensor). Når vi kobler sammen måleinstrumentet med regulatoren og pådragsorganet, har vi det som kalles en reguleringssløyfe.

rd

I en reguleringssløyfe har vi en tilbakekobling fra er-verdien til pådraget. Avviket blir beregnet kontinuerlig, og pådraget i prosessen blir endret slik at avviket til enhver tid er så lite som mulig. Skjematisk kan dette framstilles slik:

+

avvik

Skal-verdi

Regulatorpådrag

vu

Regulator

til

Er-verdi

Pådragsorgan

Fysisk pådrag

Prosessforstyrrelser

Prosess

Sensor

Ku

n

En reguleringssløyfe med tilbake­ kobling fra er-verdien til pådraget.

La oss se på hva dette betyr i bil-eksemplet vi har sett på tidligere. Skal-verdien er fartsgrensen, altså det som står på skiltene. Speedo­ meteret er sensoren, den måler og viser virkelig hastighet (er-verdi). Vi bruker øynene for å lese av både skal-verdi og er-verdi, og hjernen beregner avviket (det sirkelformede symbolet i diagrammet). Hjernen beregner også hva som er en passende pådragsendring for å gjøre avviket så lite som mulig. Deretter blir det sendt et nervesignal til foten, som endrer trykket på gasspedalen. Dette gir en endring av drivstoff- og luftmengden ved at ventilene, som er pådragsorganene, blir justert. Kraften fra motoren endres, og vi får en endring i er-verdien. Deretter gjentas hele prosessen


Kapittel 2  /  Reguleringsteknikk 245

100 80

Er-verdi

60

120 140 160 180 200

40

220

20 0

Skal-verdi

g

Regulator (hjernen)

er in

60

240 260

Signalomformere (fot, gasspedal og nervesystemet)

Når vi kjører bil, fungerer hjernen som en regulator.

rd

slik at vi får en kontinuerlig justering av er-verdien. Målet er hele tiden å få avviket så lite som mulig.

vu

I bil-eksemplet fungerer hjernen vår som en regulator. Nervesystemet, foten og gasspedalen fungerer som signalomformere. Det samme gjelder for øynene, de omformer avlesningen av skiltet og speedo­ meteret til signaler som hjernen kan bearbeide. Her har vi en åpen reguleringssløyfe ved at reguleringen foregår manuelt.

Ku

n

til

I mange nye biler er det «cruisekontroll», en automatisk fartsholder. Da kan vi stille inn den farten vi ønsker, og en innebygd regulator i bilen justerer gasspådraget. Hele tiden leser den inn bilens fart, og så forsøker den å gjøre avviket så lite som mulig. Dette kaller vi en lukket reguleringssløyfe.

Cruisekontroll – en automatisk fartsholder.

åpen reguleringssløyfe: manuell regulering

lukket reguleringssløyfe: automatisk regulering


246 DEL 3 ///

Belastning og prosessforstyrrelser

er in

g

Hvis du har kjørt moped eller bil, vet du sikkert at ett bestemt gass­ pådrag ikke nødvendigvis alltid gir samme fart. Tenk deg at du kjører på en slette i 30 km/h. Så lenge du kjører på sletta, kan du holde gass­ pedalen i samme posisjon. Så kommer det en motbakke, hva skjer da? Hvis du fortsatt holder gasspedalen i samme posisjon, går bilen saktere! Dersom du skal klare å holde samme fart, må du ha mer motorkraft. Du må endre posisjon på gasspedalen.

Da mopeden eller bilen kom til motbakken, økte belastningen. En slik varierende belastning har vi også i industrielle prosesser. Derfor vil for eksempel ikke en fast ventilåpning fungere godt i et industrianlegg. Belastningen kan øke eller minke, og reguleringssystemet må hele tiden korrigere for denne varierende belastningen. Belastningen øker om du kjører en ATV oppover en bakke.

rd

Maskiner og prosessutstyr har som regel varierende belastning. Vi bruker reguleringssløyfer for å unngå variasjoner i prosessen som følge av slike forskjeller.

I det forrige kapitlet så vi på noen årsaker til prosessforstyrrelser. Da var de et problem for deg som operatør, men nå overlater vi dette problemet til reguleringssløyfene våre. De må lages og programmeres på en slik måte at de så raskt som mulig motvirker alle forstyrrelser.

til

prosessforstyrrelse: variasjoner i belastningen i en prosess

Variasjoner i belastningen i løpet av en prosess kalles ofte en prosess­ forstyrrelse. Selv om disse variasjonene i belastningen kan være både planlagt og ønskelig (for eksempel en økning i produksjonen), er de en forstyrrelse for reguleringssløyfene.

vu

reguleringssløyfe: en innretning som regulerer variasjonene i en prosess

Ku

n

Det vanligste pådragsorganet: reguleringsventilen Nå har du lært litt om regulatorer, men ikke nok til å lage en regulerings­ sløyfe. Regulatoren regner bare ut pådraget (regulatorpådrag), men noen må jo utføre jobben! Det gjør pådragsorganet (fysisk pådrag). Det mest vanlige pådragsorganet i prosessindustrien er ventilen. Den finnes i alle mulige størrelser og i mange ulike utførelser. Men noe er felles for alle typer reguleringsventiler. De består av to deler: • selve ventilen • en aktuator (ventilmotor)


Kapittel 2  /  Reguleringsteknikk 247

Dessuten har reguleringsventilen ofte en posisjonsregulator.

g

Ventilen er montert på et rør, og den er som oftest festet til røret med flenser. Ventilen fungerer som en variabel innstruping (større eller mindre åpning), og på den måten kan vi regulere mengden som strømmer i røret. En reguleringsventil fungerer som en variabel innstruping av et rør. Når ventilen lukker, vil gassen eller væsken i røret få et mindre areal å strøm­me gjennom. Da blir gjennomstrømningen mindre.

er in

reguleringsventil: en ventil som fungerer som en variabel innstruping av et rør

Den innvendige utførelsen av ventilen kan variere. Noen vanlige typer er seteventilen og spjeldventilen. Vi skal se nærmere på seteventilen.

Seteventilen

rd

Seteventiler har vanligvis en bevegelig kjegle. Kjeglen tetter ned mot setet i ventilen. Når kjeglen trekkes vekk fra setet, blir det en åpning som gassen eller væsken i røret kan strømme gjennom.

vu

Kjeglen er festet til en spindel (en slags aksling) som kan bevege seg opp og ned. Jo lenger vekk kjeglen trekkes fra setet, desto mer gass eller væske vil strømme gjennom røret.

1

Styring av ventil Åpne Lukke

Aktuator

Spindel

til

Hvis reguleringsventilen er utstyrt med en posisjonsregulator (positioner), er det den som mottar styresignalet fra regulatoren i reguleringssløyfen (se figuren nedenfor). Posisjons­­regulatoren skal sørge for at aktuatoren beveger ventilen raskt og presist til den posisjonen vi ønsker.

n

For å kunne bevege spindelen (og kjeglen) opp og ned trenger vi en eller annen form for motor. Motoren som brukes på reguleringsventilen, kaller vi en aktuator.

0

Bar

aktuator: motoren på regulerings­ventilen

Ku

Aktuator

Posisjonsregulator

Plugg Sete Ventilhus

Reguleringsventil med posisjonsregulator.

Seteventilen er en vanlig type regulerings­ ventil. Her med en pneumatisk membranaktuator.


248 DEL 3 ///

Prosessflytdiagram og P&ID

prosessflytdiagram: et diagram som gir oversikt over en del av eller hele prosessen

23-KA-001

er in

g

Med et prosessflytdiagram kan vi få oversikt over en større del av prosessen, eller hele prosessen i mindre anlegg. Prosessflytdiagrammet viser hvordan hovedutstyret i anlegget er knyttet sammen. For å kunne identifisere forskjellig utstyr og ulike reguleringer blir det brukt egne symboler og TAG-nr. i diagrammet. Typiske prosessbetingelser som temperatur og trykk er også med på flytdiagrammet. De ulike del­ strømmene kan fargelegges slik at det er lettere å forstå diagrammet.

23-KA-001

30°C 25 bar

33-VA-001

25 bar

vu

60°C

LC

20-VA-001

til

LC

120°C 80 bar

rd LC

PC

50°C

Lorem ipsum

2 bar

44-VA-001

44-VA-001

n

44-CE-001

Ku

Typisk prosessflytdiagram – utdrag fra en olje/gass-prosess.

P&ID: et detaljert teknisk dia­gram over alt prosess- og instrumen­ terings­utstyr. P&ID er en for­ kortelse for det engelske ut­tryk­ ket «Piping and Instru­men­tation Diagram» (norsk: rør- og instrumentdiagram)

Et P&ID dokumenterer hvordan anlegget og utstyret fungerer i en prosess. Skjemaet er svært detaljert, og hvert skjema viser bare et lite utsnitt av hele prosessen, typisk er hovedutstyr med tilknyttede rørlinjer, instrumentering og regulering. Her ser vi også hvordan utstyret er sikret mot for eksempel overtrykk. Alle rørlinjene er spesifisert med dimensjon, materialkvalitet og trykklasse.


Kapittel 2  /  Reguleringsteknikk 249

Diagrammet nedenfor viser et lite utsnitt fra et P&ID. Prosessoperatøren må kunne lese og forstå et slikt diagram, og bruke det til å løse tekniske problemer i prosessen.

HV 01026

PT 01015

E3

TT 01016

SV 01050

LT 01023

TT 01003

TIC 01003

HV 01025

PIC 01003

LIAH 01023

PI 01004

P

FICR 01002

FC CV 01003

I

FT 01002

P

F 01001 TI 01018

TT 01018

TI 01005

PT 01017

n

V 01038

TT 01006

AT 01014

HV 01029

HV 01035

PT 01007

PI 01007

Vacuum

LIC 01013

I

P

AI 01014 FO HV 01034

CV 01013

Destillat

V 01012

P 01003

LT 01010

TI 01006

HV 01011 LIC 01010

I

P

P 01002

P&ID – utsnitt.

Ku

TI 01025

PT 01009

Vann inn

LIC 01013

LT 01013

E1

til

HV 01031

V 01039

T 01002

TI 01008

PI 01009

V 01037

K 01001

HV 01032

TT 01008

vu

FC

CV 01002

P 01001

PT 01003

PI 01017

rd

I

Kondens

PT 01004

TT 01005

T01001

TI 01019

P

C 01001

Damp

HV 01001

I

P

er in

I

PI 01024

PIC 01015

TIC 01016

g

SV 01052

Vann ut

Pr.vann HV 01031

CV 01031


250 DEL 3 ///

Oppsummering

Et pådragsorgan er en innretning som gjør oss i stand til å endre pådrag i prosesser.

En regulator er en innretning som automatisk forsøker å gjøre avviket i prosessen så lite som mulig. Regulatoren styrer et pådragsorgan for å endre er-verdien.

Belastningen i en prosess endres hele tiden, og reguleringssystemet må hele tiden korrigere for denne varierende belastningen.

En ventil fungerer som en variabel innstrupning (større eller mindre åpning), og på den måten kan vi regulere mengden som strømmer i et rør.

Et prosessflytskjema gir en oversikt over flyten i prosessen og hvordan utstyret er knyttet sammen.

Et P&ID er et svært detaljert teknisk diagram. Diagrammet dokumenterer hvordan anlegget og alt utstyret i prosessen fungerer.

rd

er in

g

Oppgaver

1 a Du kjører i 45 km/h på en vei der fartsgrensen er 30 km/h. Hvor stort er avviket? Hva betyr det at du får et negativt svar?

til

1 Hva er skal-verdi, er-verdi og avvik?

Skal-verdien i en prosess er den verdien vi ønsker å ha, og er-verdien er den verdien vi har. Avviket er forskjellen mellom skal-verdi og er-verdi.

vu

Repetisjon

2 Hvordan er en regu­ lerings­sløyfe bygd opp?

n

3 Hvordan virker en reguleringsventil?

Ku

4 Hva er hensikten med et P&ID?

b Du skal bake brød og har 800 gram hvetemel. I oppskriften står det at du skal bruke 1 kg. Hva er skal-verdien, er-verdien og avviket?

c I en fabrikk står det en tank som inneholder et kjemisk stoff. Det er ønskelig at tanken inneholder 5000 liter av det kjemiske stoffet til enhver tid, men på et tidspunkt var det bare 2400 liter i tanken. Hva var skal verdien, er-verdien og avviket?


Kapittel 2  /  Reguleringsteknikk 251

er in

g

2 En cruisekontroll i en bil er en reguleringssløyfe. Hva kalles de ulike delene i denne sløyfen? Skriv inn forklaringer i skjemaet nedenfor, bruk bilbegreper.

TVERRFAGLIG OPPGAVE

rd

3 Tenk deg at du låser gasspedalen i en bil til en bestemt stilling som du tror at vil tilsvare omtrent 60 km/h. Hva tror du vil skje med farten når du kjører bortover en vanlig vei? Er det andre ting enn gasspådraget som påvirker farten?

vu

Oljeolsen AS er en kjemisk produksjonsbedrift som lager oljeprodukter. Når de produserer bensin, ønsker de å ha kokepunktet under 70 grader. Egen­ vekten for bensin er mye lavere enn for vann og ligger på rundt 0,74 kg/liter. a Ved første produksjon av bensin ble kokepunktet 82 °C. Hva er skalverdien og er-verdien på bensinen?

til

b Hva er avviket i kokepunkt? c Forklar hvordan et destillasjonsapparat virker, og hvordan bensin kan lages av råolje ved hjelp av apparatet. d Anbefaler du åpen eller lukket reguleringssløyfe? Forklar hvorfor. e Hvordan tegnes en destillasjonskolonne i en P&ID?

n

f 80 liter bensin blir ved en feil blandet i en plasttank med 500 liter vann. Hvordan kan du oppdage at det er bensin i tanken?

Ku

g Er det mulig å fjerne bensinen fra tanken? Hvordan? h I en tank er det 30 liter med bensin. Hvor mye veier innholdet i tanken?


g er in

rd

3 Instrumentering og måleteknikk MÅL

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du kunne

vu

kjenne til hvordan måleinstrumentene er oppbygd, og hvordan de virker forstå hva trykk er, og hvordan vi kan måle det forstå hva temperatur er, og hvordan den kan måles

til

ha kjennskap til nivå- og gjennomstrømningsmåling (flowmåling)

n

For å kunne regulere industrielle prosesser er vi helt avhengige av å måle det som skjer. Tenk deg at du kjører en bil, og at speedometeret ikke virker. Da er det ikke så enkelt å holde riktig fart!

Ku

Presise målinger av temperaturen i en reaktor, trykket i en kom­ pressor eller nivået i en tank kan være avgjørende for om vi klarer å produsere det rette produktet. Det er også viktig med pålitelige målinger for at vi skal kunne operere fabrikken på en sikker måte.


Kapittel 3  /  Instrumentering og måleteknikk 253

Det generelle måleinstrumentet

er in

Et måleinstrument som du sikkert kjenner fra før, er det «gammel­ dagse» termometeret. Det har et tynt rør som er delvis fylt med en væske. Når temperaturen endrer seg, vil væsken utvide seg, og væske­ søylen i termometeret vil stige eller synke i takt med tempera­turen. Du kan lese av temperaturen fra temperaturskalaen på siden av væske­ søylen. Denne skalaen kan ikke endres, så det er ikke mulig å justere målingen om den viser feil.

g

De fleste industrielle måleinstrumenter kan beskrives på en enkel og skjematisk måte.

rd

I prosessindustrien overvåkes prosessene vanligvis fra et kontrollrom. Det ville vært lite praktisk om operatøren måtte gå rundt i fabrikken og lese av hver enkelt måling. Alle målingene blir behandlet elektronisk, og er en del av det automatiserte styresystemet. Målingene blir omformet til elektriske signaler, og signalene overføres i kabler til kontrollrommet.

vu

Et typisk måleinstrument i prosessindustrien består av et måleelement og en signalomformer med nullpunkt- og områdejustering. Til sammen er de en transmitter. På omformeren er det også nullpunkt- og område­ justering. Vi kan tegne et måleinstrument slik du ser på figuren. Måleelement

Termometer med væskesøyle og skala.

transmitter: et måleinstrument i prosessindustrien

Omformer

til

Signal

Nullpunktjustering (z)

Områdejustering (s)

Prinsipp for et måleinstrument.

Ku

n

Dersom vi sammenlikner dette skjemaet med en manuell temperatur­måling, er glassrøret med væsken måleelementet. Treplaten med temperaturskalaen er måleomformeren. Om vi vet at termometeret vårt viser feil, kan vi eventuelt foreta en målejustering i hodet vårt. Nå er det ikke slik at det ikke finnes måleinstrumenter med manuell avlesning i prosessindustrien. Tvert imot finnes det mange av dem. Men de brukes som regel ikke for å regulere prosessen, men for å kontrollere målingene som inngår i det automatiske styresystemet.

Overvåking av det automatiske styresystemet i kontrollrommet.


254 DEL 3 ///

Instrumentsignaler og justering

0,00

–25

5

6,25

–20

6

12,50

–15

7

18,75

–10

8

25,00

–5

9

31,25

0

10

37,50

5

11

43,75

10

12

50,00

15

13

56,25

20

14

62,50

25

15

68,75

30

16

75,00

35

17

81,25

40

18

87,50

45

19

93,75

20

100,00

50

er in

4

rd

–30

Vi sier at målesignalet går fra 0 til 100 %. 0 % er den nederste grensen av måleområdet (som her er –30 °C), og 100 % tilsvarer den øvre grensen av måleområdet (som her er +50 °C). Tabellen til venstre viser ulike temperaturer med tilhørende elektriske signaler.

Signal (%)

vu

Signal (mA)

t1 = 150 °C

8.008 mV

12 mA – +

til

Temperatur (°C)

g

Når det skal overføres signaler fra instrumentene, skjer det med et elektrisk signal der strømmen varierer mellom 4 og 20 mA (milli­ ampere). Tenk deg at termometeret ditt går fra –30 °C til +50 °C. Da vil en temperatur på –30 °C tilsvare et elektrisk signal med strømstyrke på 4 mA. Når temperaturen blir +50 °C, vil det tilsvare et signal på 20 mA.

Ku

n

Måleinstrument med et elektrisk signal.

nullpunktjustere: justere instru­ mentet til å gi et 4 mA-signal for den laveste verdien som skal måles

Den vanligste måten å overføre instrumentsignaler på er å bruke et elektrisk signal der strømstyrken varierer mellom 4 mA og 20 mA.

Nullpunktjustering. Når vi nullpunktjusterer instrumentet, betyr det at vi justerer instrumentet til å gi et 4 mA-signal for den laveste verdien som det skal måle. For termometeret i eksemplet betyr det at vi stiller instrumentet til å gi et 4 mA-signal ved –30 °C.


Kapittel 3  /  Instrumentering og måleteknikk 255

Områdejusteringen foregår på den måten at vi setter avstanden mellom minste og største verdi for instrumentet. Vi kaller det gain. I termo­meter­ eksemplet er området på 80 °C (fra –30 °C til +50 °C).

gain: avstanden mellom minste og største verdi for et instrument

g

Instrumenter må nullpunktjusteres og områdejusteres.

er in

Trykkmålinger

Du har sikkert fylt luft i et sykkeldekk, og vet at du kan justere hvor høyt trykket skal være. Men har du tenkt på hva trykk egentlig er?

Hva er trykk?

rd

Har du prøvd å gå oppå snøen? Da har du sikkert opplevd at snøen ikke bærer deg, og du synker nedi. Kroppen din virker med en så stor kraft ned mot snøen at den ikke klarer å holde deg oppe.

vu

Du kan regne ut hvor stor kraft (F) kroppen din virker med ned mot bakken, ved å gange vekten din (m) med tyngdeakselerasjonen (g), som er tilnærmet lik 9,8 m/s2. F=m·g

til

Dersom du for eksempel veier 60 kg, blir kraften:

Ku

n

kg · m ​​  2 ​​    F = 60 kg · 9,5 __ ​​ m2 ​​ = 588 ______ s s

Trykkmåling.


256 DEL 3 ///

Kraft har enheten newton (N), og i eksemplet på siden foran regnet vi ut at kraften som virket fra kroppen mot bakken, var 588 N. Men det var jo trykket vi skulle regne ut, hva har det med kraft å gjøre?

Trykk er definert som kraft delt på areal:

er in

p = __ ​​  F  ​​ A

g

Trykk (p) er kraft (F) som virker på et gitt areal (A), og arealet mellom deg og bakken er det samme som arealet av skosålen din.

La oss tenke oss at du bare har én fot i bakken, og at arealet av skosålen er 0,015 m2. Da kan vi regne ut trykket som virker mot bakken:

rd

Standardenheten for trykk er pascal, Pa (samme som N/m2), og trykket fra foten ned mot bakken er altså 39 200 Pa. Vanlig løssnø klarer ikke å motstå dette trykket, og dermed synker du nedi. Men om du tar på deg ski, går det som regel bra! Det er fordi trykket fordeles på et større areal. Da blir trykket mot snøen mindre (forsøk å regne det ut).

vu

I industrien kan det ofte være interessant å vite trykket mellom to faste legemer (slik som i eksemplet med foten og snøen), men det er også svært nyttig å kunne måle trykket fra gasser og væsker mot veggene i rør og tanker.

Hvordan instrumentet er bygd opp

til

Et måleinstrument består altså av et måleelement og en omformer.

Ku

n

Måleelement finnes i ulike typer, men det er vanlig å lage dem slik at noe beveger seg når trykket øker. Når du for eksempel blåser opp en ballong, utvider den seg. Det er fordi trykket inne i ballongen blir høyere enn trykket på utsiden. På samme måten kan vi lage et måleelement for trykkmåling. På figuren på neste side er det spent opp en membran i en liten kasse. Når trykket stiger, vil membranen bevege seg mot høyre. Denne bevegelsen kan vi omforme til et elektrisk signal. Vi må også nullpunktjustere og områdejustere trykkmåleren. Når om­formeren har gjort jobben sin, vil det laveste trykket som trykk­ måleren skal måle, gi et signal på 4 mA. Det høyeste trykket vi vil at trykkmåleren skal måle, vil gi et signal på 20 mA.


Kapittel 3  /  Instrumentering og måleteknikk 257

Ω

4 mA

0

Bar

1

Ω 4-20 mA

Nullpunktjustering

Prinsippet for å måle trykk.

Temperaturmålinger

Områdejustering

rd

Trykk

er in

g

I

vu

Temperatur er helt sikkert noe du allerede har et forhold til, som med trykk, men det er kanskje ikke noe du har tenkt så mye på?

Hva er temperatur?

til

Et badekar som er fylt med glovarmt vann, har mer termisk energi enn et badekar som er fylt med kaldt vann. Det betyr at høy temperatur henger sammen med mye termisk energi, og lav temperatur er knyttet til lite termisk energi.

Ku

n

Den termiske energien oppstår når molekylene i vannet er i bevegelse. Jo mer (og raskere) de beveger seg, desto mer termisk energi har de. Et badekar er fylt av vannmolekyler, og noen av molekylene kan til og med ha så mye energi at de fyker ut av karet og opp i lufta. Du kan se dette som vanndamp. Men temperatur er ikke helt det samme som termisk energi. Tempera­ turen er en gjennomsnittsverdi for den termiske energien til alle mole­ kylene i en bestemt mengde.

termisk energi: den delen av energien i et stoff som skyldes at molekylene i stoffet beveger seg


er in

g

258 DEL 3 ///

rd

Høy temperatur – mer termisk energi.

vu

Tenk deg at du har en bøtte med vann som har temperaturen 40 °C, og et stort badekar med samme temperatur på vannet, 40 °C. Selv om temperaturen er den samme, er det mye mer termisk energi i bade­ karet. Det er fordi det er mange flere vannmolekyler i karet enn i bøtta.

til

Tenk deg at badekaret står ute i snøen en kald vinterdag. Når tempera­ turen i badekaret synker, vil vannmolekylene bevege seg mindre og mindre. Til slutt beveger de seg så lite at vannet fryser til is.

Ku

n

Temperatur er et mål på gjennomsnittlig termisk energi til molekylene i en mengde av stoff. Temperaturen er ikke avhengig av stoffmengde eller type stoff.

Selv om temperaturen er den samme i badekaret og i bøtta, er den termiske energien større i bade­karet.


Kapittel 3  /  Instrumentering og måleteknikk 259

Termoelement termoelement: en slags temperatur­måler

Dersom det er ulik temperatur i omformeren og i målepunktet, betyr det at de to metalltrådene også har forskjellig temperatur i hver ende. Da oppstår det noe som kalles termoelektrisk spenning. Siden de to trådene er laget av ulike metaller, oppstår det en liten (men målbar) spennings­ forskjell mellom dem. Denne spenningsforskjellen kan vi bruke for å regne ut hva slags temperatur vi har i målepunktet.

termoelektrisk spenning: spenning mellom to metalltråder av ulike materialer

t1 = 150 °C

er in

rd

8,008 mV

12 mA

vu

+

til

mV

Nullpunktjustering

4-20 mA

Områdejustering

n

Varme

Termoelement – prinsipp og virkemåte.

Ku

g

En type temperaturmåler som er ganske populær i industrien, er det såkalte termoelementet. Det består av to metalltråder som er laget av ulike materialer, og er koblet sammen i målepunktet (det punktet der vi måler temperaturen). De andre endene av de to metalltrådene går inn i omformeren.

Motstandstermometer Mange materialer har den egenskapen at de endrer elektrisk motstand avhengig av hvilken temperatur materialet har. Dersom vi vet hvilken motstand et materiale har ved en gitt temperatur, kan vi lage oss et elektronisk termometer!


260 DEL 3 ///

g

De fleste termometre av denne typen er laget av metallet platina. Det finnes mange ulike varianter, men den mest brukte typen kalles Pt-100. Bokstavene «Pt» står for platina, og tallet «100» betyr at denne typen termometer har en motstand på 100 Ω (ohm) ved 0 °C. Når tempera­turen øker, øker motstanden også med en nesten konstant faktor på 0,385 Ω/°C. Dermed er det bare å måle motstanden, og så regne om til temperatur!

rd

Resistansverdier 157.17 Ω

er in

For å få riktig resultat fra slike instrumenter må de også ha nullpunkt­ justering og områdejustering. Nedenfor ser du et skjema som viser oppbygningen av motstandstermometre.

vu

t1 = 150 °C

til

+

Ku

n

Ω 4-20 mA

Varme

Pt-100-element.

Nullpunktjustering

Områdejustering

12 mA


Kapittel 3  /  Instrumentering og måleteknikk 261

Nivåmåling og gjennomstrømningsmåling

er in

Nivåmåling er noe vi alle har et forhold til i dagliglivet. For eksempel når vi kjører bil eller moped, er det viktig å følge med på hvor mye drivstoff det er på tanken. Hvis vi har hytte langt inne på fjellet, er det greit å sjekke vedbeholdningen før vinteren og sørge for at vi har rikelig med andre forsyninger.

g

Nivåmåling

I de fleste prosessanlegg er det viktig å følge med på nivået av væske og faststoff i ulike tanker. Derfor inngår måling av nivå som en del av prosessreguleringen i anlegget. Det finnes en rekke ulike metoder for nivåmåling, alt etter hvilke egenskaper stoffet i tanken har.

rd

Et måleprinsipp som er ganske vanlig, går ut på å sende et signal fra toppen av tanken ned mot overflaten til stoffet inne i tanken. Her kan man bruke et slags ekkolodd, det vil si at vi bruker ultralyd og måler tiden det tar fra vi sender ut en lydpuls, til vi registrerer ekkoet som kommer tilbake igjen. Radar eller laser kan brukes på samme måten.

vu

Nivåmåleren må vite totalhøyden på tanken og beregner nivået slik: h2 = H – h1

til

LT

h1

n

H

Ku

h2

Nivåmåling – måleprinsipp ved bruk av ultralyd.

LT


262 DEL 3 ///

g

Ordet flow brukes mye i prosessindustrien, men mer korrekt og på norsk blir dette gjennomstrømning. Vi skiller mellom volumstrøm og masse­ strøm. Når vi fyller drivstoff på en bensinstasjon, er bensinpumpa utstyrt med en gjennomstrømningsmåler som måler hvor mange liter drivstoff vi fyller. I en rekke kommuner i Norge blir hver husstand belastet for vannforbruket. Da må det være installert en gjennomstrømningsmåler i huset.

Som ved nivåmåling finnes det mange ulike typer gjennomstrømnings­ målere alt etter hva som skal måles. Mange av sensorene har i oppgave å måle hastigheten på væsken eller gassen som strømmer. Hvis vi kjenner diameteren og dermed arealet på røret, kan gjennomstrømnings­måleren beregne gjennomstrømningen (se side 279 om strømning i rør).

rd

massestrøm: transport av stoff og materialer drevet av trykk eller gravitasjon

I et prosessanlegg vil målingen være et viktig mål på om utstyret fungerer optimalt, at ulike stoffer blir blandet i riktig forhold til hverandre, og at anlegget leverer slik det skal. Vi regner massestrøm i kilo per sekund og volumstrøm i m3 per sekund.

er in

volumstrøm: angivelse av gjennomstrømningen (flow)

FT

til

vu

En mye brukt gjennomstrømningsmåler er turbinmeteret. Som navnet antyder, er det en turbin eller en slags propell som er plassert inne i røret. Propellbladene er magnetiske, eller det er festet en liten magnet til dem. Ved å plassere en sensor på utsiden av røret kan vi registrere turtallet (RPM) til turbinen. En puls representerer et visst volum, og hvis vi måler antall pulser per tid, kan vi beregne volumstrømmen.

Ku

n

flow

Gjennomstrømningsmåling – måleprinsipp for et turbinmeter.


Kapittel 3  /  Instrumentering og måleteknikk 263

Repetisjon

I prosessindustrien overvåkes prosessen vanligvis fra et sentralt plassert kontrollrom.

Målinger i prosessen omformes til et elektrisk signal, slik at signalet kan overføres i kabler. Et måleinstrument består av et måleelement og en signalomformer med nullpunkt- og områdejustering. Disse kalles transmittere.

Instrumentsignaler blir ofte omformet til et elektrisk signal der strømstyrken varierer mellom 4 mA og 20 mA.

Instrumenter må nullpunktjusteres og områdejusteres.

Trykk (p) er kraft (F) som virker på et gitt areal (A).

Temperatur er et mål på gjennomsnittlig termisk energi til mole­ kylene (molekylbevegelser) i en mengde av stoff.

Et prosessanlegg er utstyrt med en rekke som overvåker og regulerer trykk, temperatur, nivå og gjennomstrømning.

2 Hvordan kan man over­føre et målesignal fra et instrument?

er in

1 Forklar hvordan et generelt måleinstrument er bygd opp.

g

Oppsummering

3 Forklar hvordan en trykkmåling kan gjøres.

Oppgaver

vu

rd

4 Forklar hvordan en temperaturmåling kan gjøres.

1 Du har fått i oppdrag å kalibrere et termometer.

a Hvordan vil du gå fram for å finne null­punktet? Tips: Finn noe som du vet holder 0 °C.

til

b Hvordan vil du gå fram for å områdejustere? Tips: Finn noe som du vet at holder 100 °C.

pa

n

c Termometeret skal måle i området fra –50 °C til 150 °C. Hva er signalet i prosent ved laveste og høyeste måleverdi? Hva er signalet i prosent ved 0 °C?

4 På figuren ser du en trykkmåler som er plas­sert i bunnen av en tank. Her er Pa trykket i toppen av tanken, ρ er tettheten til væsken, og h er væske­høyden målt fra bunnen av tanken. Hva er trykket i bunnen av tanken? Er det høyere, lavere eller det samme som i toppen av tanken?

Ku

d Dersom vi gjør om utgangen fra termo­ meteret til et 4–20 mA-signal, hvilke verdier har vi da ved temperaturene du brukte i oppgave c?

h

2 Regn ut trykket i pascal fra et lodd som virker med 980 N på et areal som er 0,1 m2. 3 Regn ut trykket i pascal fra et lodd som veier 50 kg, og som har grunnflate på 0,05 m2.

Trykkmåling


g rd

MÅL

er in

4 Kjemiteknikk

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du kunne forstå hva aggregattilstander er

vu

vite litt om faseoverganger

kjenne til den ideelle gassloven

kjenne til noe prosessutstyr for pumping og kompresjon vite litt om strømning i rør

Ku

n

til

Hvordan kan man bruke kunnskap om kjemi og fysikk i praksis? Én ting er å vite hvordan man lager et produkt i et laboratorium, men å gjøre det i stor skala i en fabrikk kan være en stor utfordring! Kunnskapen om hvordan vi bruker kjemi og fysikk i industrien, kalles kjemiteknikk. Her skal du lære litt fysikk som er viktig for å forstå kjemiske prosesser.


Kapittel 4  /  Kjemiteknikk 265

Mer om trykk og temperatur

er in

I gasser er det partikler som kolliderer mot omgivelsene, for eksempel veggene i en beholder. Dette gir et trykk. Jo høyere temperatur gassen har, desto større fart har partiklene. Da skjer kollisjonene oftere, og trykket blir høyere. Det er nyttig å vite om disse tingene når vi nå skal se på hvordan trykk og temperatur påvirker ulike stoffer.

g

I forrige kapittel lærte du litt om hva trykk og temperatur er. Temperatur er altså et mål på gjennomsnittlig termisk energi til molekylene eller atomene i et stoff, og trykk er kraften som virker på et areal.

Både trykk og temperatur har et absolutt nullpunkt, eller en nedre grense for hvor lave de kan bli. Noen øvre grense for trykk og temperatur finnes (antakelig) ikke.

vakuum: tomt rom

vu

rd

Når trykket er mye lavere enn atmosfæretrykk, kaller vi det gjerne vakuum. Det absolutt laveste punktet kalles perfekt vakuum og beskriver en tilstand der det ikke er noe stoff til stede. Men noe stoff finnes alltid. Selv ute i verdensrommet er det noe stoff til stede, så ikke engang der er det perfekt vakuum. Når trykket er lavere enn atmosfæretrykk, sier vi at det er vakuum. Dersom vi hadde hatt en beholder med absolutt ingenting inni, ville den hatt null trykk (perfekt vakuum).

Ku

n

til

Ut fra definisjonen av temperatur vet vi at det har noe med bevegelsene til molekylene eller atomene i et stoff å gjøre. Vi kan kalle dette termisk bevegelse (bevegelse som har med temperatur å gjøre). Men hva om partiklene stoppet helt opp, hvor kaldt må det være da? Akkurat som for perfekt vakuum finnes det ikke noen steder som er så kalde. Men det går an å regne ut hvilken temperatur som er et «absolutt nullpunkt», og denne temperaturen er –273,15 °C.

det absolutte nullpunkt: den laveste temperaturen som er mulig


266 DEL 3 ///

Kokende vann ved temperaturen 100 °C

er in

g

Absolutt nullpunkt –273,15 °C

Kroppstemperatur hos mennesker 37 °C

Alle atomer slutter å bevege seg. Atomene har ingen energi.

Vannet fryser ved 0 °C

Det absolutte nullpunkt.

rd

Ved temperaturen –273,15 °C vil all termisk bevegelse i partikler stoppe helt. Vi kaller dette det absolutte nullpunktet.

til

vu

Du kjenner sikkert til temperaturskalaen «celsius» fra før. Denne skalaen bruker frysepunktet for vann ved atmosfæretrykk som null­ punkt, og kokepunktet er satt til 100 °C. Men det finnes en annen (og mye brukt) temperaturskala som bruker det absolutte nullpunkt som ut­ gangs­punkt. Vi kaller denne skalaen «kelvin». Temperaturen 0 K tilsvarer altså –273,15 °C. Du kan regne om mellom «kelvin» (TK) og «grader celsius» (TC) på denne måten:

Ku

n

0

100

273,15 K 200

300

400

500

600

Kelvin

K

Celsius

°C –200

–100

0

100

200

300

–273,15 °C

Forholdet mellom temperaturen målt i kelvin (K) og grader celsius (°C). Vi bruker ikke gradetegn når temperaturen blir oppgitt i kelvin.


Kapittel 4  /  Kjemiteknikk 267

TK = TC + 273,15 TC = TK – 273,15

g

TK: kelvin-grader TC: celsius-grader

er in

Aggregattilstander

Stoffer kan ha fire naturlige tilstander her på jorda: fast, flytende, gass og plasma. Vi kaller dette aggregattilstander.

Stoffer kan befinne seg i de ulike tilstandene, avhengig av hvilket trykk og hvilken temperatur de er utsatt for. For å forklare dette nærmere skal vi se på et stoff du kjenner godt fra før: vann. Høy

vu

rd

Energi

Lav

Fast

Flytende

Gass

Temperatur

Høy

til

Lav

Plasma

Aggregattilstander.

Faste stoffer

Ku

n

Vann i fast form ser du mye av om vinteren, vi kaller det is. Vannmole­ kylene i isen beveger seg lite, og de har dannet krystaller. I krystallene har alle molekylene faste posisjoner. Faste stoffer har en fast form, og det må mye krefter til for å endre formen på dem. Om du forsøker å endre formen på en isklump (uten å smelte den), ender du gjerne opp med å knuse den. Alle faste stoffer er slik: De har stor motstand mot å endre form.

aggregattilstand: naturlige til­stander på et stoff: fast, flytende, gass og plasma


268 DEL 3 ///

Et fast stoff er en aggregattilstand som kjennetegnes ved at det har stor motstand mot å endre form og volum.

er in

g

Nå har vi brukt is som eksempel på et fast stoff, men det finner vi jo bare dersom det er ganske kaldt. Det finnes mange andre stoffer som er i fast form ved vanlig romtemperatur: jern og stål, trevarer og plast. Kan du komme på flere? Figuren til venstre viser hvordan vi tenker oss at partiklene i et fast stoff er organi­sert. De ordner seg ofte i et fast mønster, og de beveger seg ikke i forhold til hverandre.

Partiklene i et fast stoff har stor motstand mot å endre form.

Væsker

rd

Du drikker flere liter vann i flytende form hver dag, fra brus eller kaffe eller vann rett fra springen. Det er lett å se at molekylene i flytende vann oppfører seg helt annerledes enn molekylene i is.

vu

I væsker kan molekylene bevege seg fritt om hverandre, men de holder seg allikevel sammen. I stedet for å fly av gårde ut i omgivelsene, danner de en overflate. Tenk deg vannet i et basseng. I bunnen og på sidene holdes vannet på plass av veggene i bassenget. Øverst danner vannet en overflate mot lufta over.

til

Formen til en væske er bestemt av beholderen den fyller. Molekylene beveger seg fritt rundt hverandre, men danner et grensesjikt mot omgivelsene.

Ku

n

Partiklene i en væske beveger seg fritt omkring i en beholder.

Akkurat som for faste stoffer finnes det mange eksempler på stoffer som er i væskeform ved vanlig romtemperatur. Det er ikke bare vann! Bensin og mange andre produkter som er basert på råolje, er for eksempel væsker. Kan du komme på flere stoffer som er væsker ved romtemperatur? Figuren viser hvordan vi kan tenke oss at partiklene i en væske er organi­ sert. I motsetning til i et fast stoff kan de nå bevege seg ganske fritt.


Kapittel 4  /  Kjemiteknikk 269

Gasser

er in

Gasser har ikke noe bestemt volum, slik faste stoffer og væsker har. Molekylene beveger seg mer eller mindre tilfeldig rundt, og sammen fyller de alt volum som er tilgjengelig for dem.

g

Når du varmer opp vann, vil det til slutt begynne å koke. Da går vannet over fra å være en væske til å bli en gass. Du kan se dette som vann­ damp som stiger opp fra væskeoverflaten.

En gass er en tilstand der molekylene beveger seg tilfeldig. De vil ikke innta noen bestemt form eller volum.

Partiklene i en gass fyller alt volum som er tilgjengelig.

rd

Hvilke stoffer tror du er gasser ved vanlig romtemperatur? Du har mange eksempler rett foran nesa di! Luft består av nitrogengass, oksygengass og flere andre gasser.

vu

Figuren til venstre viser hvordan vi kan tenke oss at partiklene i en gass er organi­sert. Gasser er lite påvirket av tyngdekraften, og partiklene vil fylle hele beholderen de oppbevares i. I tillegg har gasser en annen egenskap som de fleste faste stoffer og væsker ikke har: De kan komprimeres.

Plasma

komprimere: presse sammen

til

En gass kan bli til plasma dersom elektroner klarer å løsrive seg fra atomene i gassen. Atomene får et underskudd av elektroner, og da kaller vi dem ioner. Dette skjer ved høye temperaturer, og alle stjerner består av plasma. Plasma kan også dannes ved elektriske utladninger.

n

Plasma er ioniserte gasser. Akkurat som for gasser har heller ikke plasma noen bestemt form eller volum. Men i motsetning til gasser vil plasma påvirkes av magnetiske felter.

Ku

Det meste av stoff som finnes i universet, er i plasmaform, men på jorda finnes det ikke så mye plasma. Det kan dannes naturlig i forbindelse med for eksempel lynnedslag. Vi kan også bruke plasma i forbindelse med skjæring og sveising (plasmaskjæring, TIG-sveising og plasma­ sveising).

Slik kan partiklene i plasma være organi­sert. Ringen utenpå hver par­tikkel illustrerer at partikkelen er ladd.

plasma: en aggregattilstand


270 DEL 3 ///

Faseoverganger Is kan smelte, og vann kan fryse eller koke. Dette er ting du kjenner godt til fra dagliglivet. Vi sier at stoffet gjennomgår en faseovergang når det går fra en aggregattilstand til en annen.

er in

g

Om vi setter opp en oversikt over alle aggregattilstander med alle mulige faseoverganger, ser du at det finnes mange muligheter. Du ser en oversikt over alle disse overgangene på figuren nedenfor. Fordamping

Smelting

Is

Damp

Vann

Kondensering

rd

Frysing

Vann som går fra is (fast stoff) til vann (væske) og videre til damp (gass).

n

PLASMA

sjo

a bin

Fo rd a

GASS

Ku

n deposisjon: en overgang direkte fra vanndamp til is

Sublimasjon

Deposisjon

til

Ko n

sublimasjon: en overgang direkte fra is til vanndamp

ing

er

is Ion

mp

de

ns

nin

g

er

ing FLYTENDE

Grad av uorden (entropi)

vu

m ko Re

ing

ys Fr

ing

elt

FAST

Sm

Oversikt over mulige faseoverganger.

Visste du forresten at is kan gå direkte over til vanndamp uten å gå veien om vann i flytende form? Denne faseovergangen kalles sublimasjon, og mye av snøen ute forsvinner på nettopp denne måten. Den motsatte prosessen er også mulig: Vanndamp kan gå direkte over til å bli is. Dette kalles deposisjon.


vu

Faseovergang fra en aggregattilstand til en annen.

rd

er in

g

Kapittel 4  /  Kjemiteknikk 271

En prosess som nok er mer kjent for deg, er smelting. Det er navnet på overgangen mellom fast og flytende fase. Den motsatte prosessen kjenner du nok også til, den kalles frysing.

til

Når et stoff i flytende form går over til å bli en gass, kalles det fordamp­ ning. Gass kan selvsagt også gå over til å bli en væske igjen, og denne prosessen heter kondensering.

Ku

n

Overgangene mellom gass og plasma har også egne navn, men dem skal vi ikke bry oss noe med her. Mer interessant er det å se på «graden av uorden», som vist på høyre side av oversikten. For å bevege oss «oppover» må det tilføres energi. Når vi beveger oss «nedover» på figuren, skjer det motsatte: Energi frigjøres. Når et stoff går fra en aggregattilstand til en annen, kalles det en faseovergang.

Alle stoffer kan ikke gjennomgå alle mulige faseforandringer. Om du for eksempel varmer opp treverk (fast), vil det starte en forbrennings­ reaksjon før treverket rekker å gå over til flytende fase.

fordampning: et stoff i flytende form går over til å bli gass kondensering: gass kan gå over til å bli væske igjen


272 DEL 3 ///

Den ideelle gassloven

g

Å forklare sammenhengen mellom trykk, temperatur og volum i gasser er ikke alltid like enkelt. Heldigvis er det slik at mange vanlige gasser oppfører seg ganske likt ved moderate trykk og temperaturer. Vi sier at disse gassene oppfører seg som en «ideell gass».

er in

I det forrige kapitlet lærte du at trykk var kraft delt på areal: p = __ ​​  F  ​​ A

I en gassfylt beholder kommer kraften fra gasspartikler som kolliderer mot veggene i beholderen, og arealet er hele det innvendige arealet av beholderen.

rd

Tenk deg at du har en beholder fylt med en gass. Ingen av gass­partiklene slipper ut, og ingen nye kommer inn i beholderen. Toppen av beholderen er utformet som et stempel, slik at du kan justere volumet. Det er også en trykkmåler og en temperaturmåler montert på beholderen.

vu

Konstant temperatur

Først senker vi stempelet nedover, slik at volumet blir mindre. Vi sørger også for å ha temperaturregulering på beholderen, slik at vi hele tiden holder temperaturen konstant. Du vil nå se at trykket øker når volumet minker. Om vi drar stempelet opp igjen, vil trykket synke.

Ku

n

til

Når volumet blir mindre, vil gasspartiklene presses tettere sammen. De får mindre plass å bevege seg på, og sjansen for at de kolliderer mot en vegg i beholderen, øker. Derfor kan vi lese av en trykkøkning på måleren.

T

P

T

P

P = trykk T = temperatur

Dersom temperaturen holdes konstant, øker trykket i beholderen når stempelet senkes (volumet minker).


Kapittel 4  /  Kjemiteknikk 273

Det vi nå har sett i forsøket vårt, kan beskrives på en ganske enkel måte i det som kalles «Boyles lov».

Boyles lov sier at dersom temperaturen (T) er konstant, er trykket (p)

er in

g

ganget med volumet (V) konstant:

p · V = konstant minkende volum → økende trykk økende volum → minkende trykk

Konstant trykk

rd

Så gjør vi et nytt forsøk, men nå lar vi trykket være konstant. Nå skal vi heller øke og minke temperaturen, og se hva som skjer. Det er fortsatt slik at antall gasspartikler er det samme: Ingen kommer inn, og ingen slipper ut.

n

til

vu

Vi holder trykket konstant ved å bevege stempelet opp og ned. Dersom trykket begynner å øke, trekker vi stempelet litt opp. Om trykket skulle begynne å synke, presser vi stempelet litt ned. På den måten holder vi trykket på samme verdi hele tiden.

Ku

T

P

Boyles lov: når temperaturen er konstant, er trykket ganget med volumet konstant

T

Hvis temperaturen økes, økes også volumet når trykket skal være konstant.

P


274 DEL 3 ///

Fra før vet du jo at det er en sammenheng mellom temperaturen og farten på partiklene. Når temperaturen øker, øker farten. Og når farten øker, får vi også flere kollisjoner mot veggene i beholderen. Dermed blir trykket høyere. Siden vi ønsker å holde trykket konstant, må vi trekke stempelet litt opp. Dermed øker volumet.

Charles’ lov: en lov som sier at for hver grad celsius vi øker temperaturen, øker volumet av lufta med 1/273

er in

g

Vi kan også senke temperaturen for å «bremse» farten på partiklene. Da får vi færre kollisjoner, og trykket synker. Men vi ønsker jo å holde tryk­ket konstant, og derfor må vi nå presse stempelet litt ned. Da minker volumet. Denne sammenhengen kaller vi «Charles’ lov», og den kan også uttrykkes på en ganske grei måte: __ ​​  V  ​​ = konstant T

rd

økende temperatur → økende volum minkende temperatur → minkende volum

vu

Konstant volum

Til slutt kan vi gjøre et eksperiment der vi holder volumet konstant. Da får vi en sammenheng som kalles «Gay-Lussacs lov», og den kan uttrykkes slik: p __ ​​    ​​ = konstans T

Ku

n

til

økende temperatur → økende trykk minkende temperatur → minkende trykk


Kapittel 4  /  Kjemiteknikk 275

Alt satt sammen

g

Alle disse eksperimentene kan settes sammen til én forholdsvis enkel formel, som forklarer sammenhengene vi er ute etter. Vi tar da også hensyn til antall gasspartikler (n) som er i beholderen: p·V=n·k·T

p er trykk (enhet: pascal) V er volum (enhet: kubikkmeter) T er temperatur (enhet: kelvin) n er antall molekyler k er «Boltzmanns konstant» = 1,38 · 10–23 J/K

er in

der

rd

Dette kaller vi den ideelle gassloven, og vi ser på disse gassene som «ideelle» ved moderate trykk og temperaturer: luft, nitrogen, oksygen, helium, hydrogen og neon.

vu

I gasser kan vi ikke endre trykk (p), temperatur (T) og volum (V) uavhengig av hverandre. I ideelle gasser kan sammenhengen mellom disse størrelsene uttrykkes som: pV = nkT

til

Pumping og kompresjon

n

Nå skal vi se på forskjellig utstyr som brukes til å forflytte gasser og væsker. Dersom vi for eksempel ønsker å flytte en væske fra ett sted til et annet, går ikke det helt av seg selv. I alle fall ikke om væsken befinner seg på et lavt punkt og skal flyttes opp til et høyereliggende punkt!

Ku

Væsker og gasser transporteres vanligvis i rør. Utstyret vi bruker for å kunne forflytte gasser og væsker, kalles pumper (til væsker) og kompressorer (til gasser). Prinsippene for pumper og kompressorer er ganske like, derfor konsentrerer vi oss bare om pumper her. Det finnes i hovedsak to ulike typer pumper: fortrengningspumper og sentrifugalpumper.


276 DEL 3 ///

Fortrengningspumper

rd

er in

g

Den enkleste formen for fortrengningspumpe er en stempelpumpe. La oss se nærmere på hvordan den fungerer.

Fortrengningspumpe, her en stempelpumpe.

vu

Utløpsventil

til

En stempelpumpe består av en innløpsventil, en utløpsventil, et stempel og en sylinder. Når stempelet beveger seg bakover (mot høyre på figuren), øker volumet. Dersom det ikke kommer noe inn i pumpa, vil trykket derfor synke. Når det skjer, vil væske «suges» inn gjennom Innløpsventil innløpsventilen.

n

Utløpsventil

Ku

Innløpsventil

Utløpsventil

Innløpsventil

Utløpsventil

Stempelet i en stempelpumpe beveger seg bakover.

Innløpsventil

Stempelet i en stempelpumpe beveger seg framover.

Når stempelet beveger seg framover (mot venstre på figuren), lukkes innløpsventilen. Da vil væsken bli presset ut gjennom utløpsventilen.


Kapittel 4  /  Kjemiteknikk 277

En tannhjulspumpe er også en fortrengningspumpe og fungerer egentlig på samme måten som en stempelpumpe. Tannhjulspumpa består av ett eller flere tannhjul. På figuren til høyre ser du en pumpe med to roterende tannhjul som griper i hverandre.

Utløp

er in

Så følger væsken med i volumet mellom tennene og pumpeveggene fram mot utløpet. Der griper tennene i hverandre igjen, slik at volumet minker. Dermed vil væsken presses ut gjennom utløpet i pumpa.

Innløp

g

Ved innløpet (på venstre side på figuren) slipper tennene i tannhjulene grepet i hverandre. Da øker volumet, og på samme måte som for en stempelpumpe blir væsken «sugd» inn.

Stempelpumper og tannhjulspumper brukes ofte på væsker som har høy viskositet, det vil si at de er tyktflytende (for eksempel oljer). Stempel­ pumper brukes også der det er behov for høyt trykk (for eksempel i høytrykksspylere).

Tannhjulspumpe.

viskositet: tyktflytende, seig

rd

Stempelpumper brukes også ofte på gasser, men da kalles de stempel­ kompressorer. Det finnes også gasskompressorer som likner på tann­ hjulspumper.

vu

Fortrengningspumper øker trykket i en væske ved å øke og minke et volum inne i pumpa. Det samme prinsippet brukes ofte på gasskom­ pressorer.

Sentrifugalpumper

til

Sentrifugalpumper er de mest populære pumpetypene i prosess­ industrien. De har stor kapasitet i forhold til størrelsen, og de er som regel svært holdbare og driftssikre.

Vp

Vr

n

Sentrifugalpumper har fått navnet sitt fordi de bruker sentrifugalkrefter til å øke trykket i væsker. Inne i pumpa er det et løpehjul som kalles en impeller. Impelleren består av mange skråstilte blader som er montert mellom to sirkelformede skiver.

Vl

Ku

Midt i impelleren er innløpet. Når væsken kommer inn, blir den slynget ut til kantene av impelleren på grunn av sentrifugalkraften. Impelleren er montert inne i et pumpehus, og derfor vil væsken som slynges ut fra impelleren, treffe veggene i pumpehuset, der også tverr­ snittet øker mot utløpet. Når det skjer, mister væsken farten den hadde ut fra impelleren. Det er slik at om farten synker, øker trykket, og på denne måten øker en sentrifugalpumpe trykket i en væske.

Impeller i en sentrifugal­pumpe.


278 DEL 3 ///

Trykkside

Sentrifugalpumper består av en impeller og et pumpehus. De øker trykket i en væske ved hjelp av sentrifugalkrefter.

Flens

g

Drivaksling

Pumpehus

Sentrifugalpumper kan også brukes som gass­ kompressorer. En turbo i en bilmotor er ofte en sentri­fu­gal­kompressor.

Sugside

er in

Impeller

Flens

rd

Snitt av en sentrifugalpumpe.

vu

Kompressorhjul (impeller)

Turbinhjul

Aksel

Innsugingsluft

Ku

n

til

Ladeluftkjøler/ intercooler

Overstrømningsventil (wastegate)

Lyddemper

Trykkvakt Ved å kjøle lufta er det plass til mer oksygen i den

Prinsippet for en turbo. Når avgassene strømmer ut, driver turbinhjulet kompressor­ hjulet. Kompressorhjulet øker mengden luft inn i sylinderen. For at trykket ikke skal bli for høyt, har turboenheten en overstrømningsventil.


Kapittel 4  /  Kjemiteknikk 279

Strømning i rør

til

vu

rd

er in

Når en væske strømmer i et rør med varierende diameter, vil hastig­ heten på væsken øke når diameteren minker. Hastigheten synker når diameteren utvider seg igjen. Trykket mot rørveggene i den samme væsken synker når hastigheten øker. Men mengden væske som strømmer gjennom røret, er den samme, selv om rørdiameteren, hastigheten og trykket mot rørveggene endrer seg gjennom røret.

inkompressibel: en væske som ikke kan komprimeres

g

Vi skal se nærmere på hvordan en væske strømmer i et rør. Det er litt mer komplisert med gasser, derfor holder vi oss bare til væsker her. Vi tenker oss at væsken er inkompressibel, det vil si at den ikke kan komprimeres.

n

I et prosessanlegg er det mange rør. Størrelsen på rørene og materialet som rørene er laget av, varierer etter hva som skal transporteres gjennom dem.

Ku

Dette fenomenet kan vi forklare med litt matematikk, i det som kalles kontinuitetslikningen. Den forteller oss at mengden væske som strømmer i et rør, er den samme selv om rørdiameteren endrer seg. Dersom vi lager et tverrsnitt gjennom et rundt rør, får vi en sirkel. Fra matematikken vet vi at arealet (A) av en sirkel er: A = π · r2


280 DEL 3 ///

Mengden væske som går gjennom røret (Q), er tverrsnittarealet (A) multiplisert med hastigheten (v):

g

Q=A·v

er in

Vi vet allerede at hastigheten (v) til væsken endrer seg når tverrsnitt­ arealet til røret (A) endrer seg, men at mengden væske er den samme. Dette kan vi skrive slik: A1 · v1 = A2 · v2

V1

A2

V2

Oppsummering

vu

rd

A1

Faste stoffer har en fast form, og det må mye krefter til for å endre formen på dem.

Formen til en væske er bestemt av beholderen den fyller.

til

Gasser har ikke noe bestemt volum, slik faste stoffer og væsker har.

Når et stoff går fra en aggregattilstand til en annen, kalles det en faseovergang.

n

Dersom temperaturen (T) i en gass er konstant, er trykket (p) ganget med volumet (V) konstant (Boyles lov).

Ku

• •

Dersom trykket (p) i en gass er konstant, er volumet (V) delt på temperaturen (T) konstant (Charles’ lov).

Dersom volumet (V) i en gass er konstant, er trykket (p) delt på temperaturen (T) konstant (Gay-Lussacs lov).

Den ideelle gassloven gir oss sammenhengen mellom trykk, temperatur, volum og antall molekyler i en ideell gass.

Det finnes i hovedsak to ulike typer pumper: fortrengningspumper og sentrifugalpumper.

En fortrengningspumpe øker trykket i en væske ved å endre volumet inne i pumpa.

En sentrifugalpumpe øker trykket i en væske ved hjelp av sentrifugalkrefter.


Kapittel 4  /  Kjemiteknikk 281

Oppgaver

Repetisjon 1 Forklar de ulike aggregattilstandene, bruk vann som eksempel. 2 Hva menes med en faseovergang?

1 Kelvin og celsius a Hva er 100 °C i kelvin? b Hva er 100 K i grader celsius?

4 Hva er temperaturen i kelvin ved det absolutte nullpunkt?

3 Nedenfor ser du tre lukkede beholdere. Alle beholderne har samme antall partikler/mole­kyler, og de er av samme type. Tempera­turen er ulik, den er lavest i beholder A og høyest i beholder C.

Middels temp

vu

6 Forklar kontinuitetsloven med et praktisk eksempel.

Lav temp

rd

5 Forklar hvordan trykk, temperatur og volum i en gass henger sammen.

er in

g

3 Hva er temperatur i grader celsius ved det absolutte nullpunkt?

2 En dag er det 7 °C, og regnet høljer ned. Dagen etter blir det –10 °C, og alt vannet fryser til is. Så er det minusgrader i flere uker, men allike­vel forsvinner isen gradvis. Hvilke aggregat­tilstander er vannet innom, om vi tar utgangs­punkt i regnværet? Sett opp riktig rekkefølge, og finn ut hva de ulike faseovergangene kalles.

A

B

Høy temp

C

a I hvilken beholder er trykket høyest?

til

b I hvilken beholder er trykket lavest?

TVERRFAGLIG OPPGAVE

Isfabrikken «Istid» skal produsere saft-is til neste sommersesong. Saft-isen inneholder mye sukker og har derfor sitt frysepunkt på –4 °C.

e Det blir brukt sentrifugalpumpe i produksjonen. Forklar pumpetypen.

c Kan frysepunktet endres hvis vi endrer trykket ved innfrysing? Forklar.

g Hvordan kan forbrukerne vurdere kvaliteten på isen?

n

b Hvor mange grader kelvin fryser isen ved?

f Råvarene til saft-isen er kr 5 per is. Salgsprisen er kr 12 inkl. mva. Fabrikken regner med et salg på 4500 is. Hva er overskuddet som is­fabrikken tjener på sommersesongen?

Ku

a Hvilken aggregattilstand har innholdet i isformene ved +2 °C, –2 °C og –6 °C. Forklar hvorfor.

d Isprodusenten er svært opptatt av rett viskositet i blandingen før inn­frysing. Forklar kva viskositet er.


g er in

5 Kjemi

rd

MÅL

Når du har gjennomgått dette kapitlet, skal du kunne forklare hva atomer og grunnstoffer er

vu

kunne bruke periodesystemet

kjenne til ulike typer molekylbindinger

til

Vi mennesker har laget oss skalaer som passer for vår verden: meter, kilo og sekunder. Men under overflaten til alle ting finnes det en helt annen verden, det som alt stoff er bygd opp av: atomer, molekyler og kjemi!

Ku

n

Hvorfor er det slik at vi kan blande to stoffer og få et helt nytt stoff? Det er det som skjer i kjemisk prosessindustri: Vi tar ett eller flere mindre verdifulle stoffer og omdanner dem til et stoff som er mer verdifullt.


Kapittel 5  /  Kjemi 283

Å lære seg kjemi

er in

I kjemien er det også slik. Det er mange nye ord, og et eget «kjemi­ språk» som du nok ikke kjenner så mye til fra før. I tillegg er det en god del regler som forklarer hva som skjer når stoffer blandes sammen, og det er mye bruk av symboler.

g

Mange viktige oppgaver i livet ditt krever at du lærer deg nye språk og nye regler. Når du skal ta lappen (førerkortet), er det nettopp slik. Du må lære deg mange nye ord og en hel drøss med symboler (skilter). I tillegg må du lære deg en mengde regler.

Ku

n

til

vu

rd

Men hva er egentlig vitsen med å lære seg kjemi? Jo, når du kan litt kjemi, vil du forstå mer om både hvordan din egen kropp fungerer, og hvordan verden rundt deg fungerer. Alle ting kan forklares fra en «kjemisk» synsvinkel.

Ved arbeid med farlige kjemikalier er det nødvendig med forskjellig verneutstyr. De ansatte må vite hvordan de skal forholde seg til kjemikaliene og bruke verneutstyret riktig. Sikkerhetsdatabladene gir informasjon om kjemikaliene.


284 DEL 3 ///

For å forstå hvordan stoffer reagerer med hverandre, og hvorfor de ulike stoffene har forskjellige egenskaper, må vi først lære om de minste byggesteinene i naturen.

Hvordan atomet er bygd opp

e–

Når vi skal lære hvordan et atom er bygd opp, er det ikke så viktig å forstå hvordan det egentlig ser ut. Vi er mer interessert i å forstå hvor­dan atomene virker på hverandre, når vi skal beskrive oppbygningen.

p+

er in

n

Atomer og grunnstoffer

g

atom: den minste delen av et grunnstoff. Det består av byggesteinene protoner, nøytroner og elektroner

Protoner og nøytroner kaller vi kjernepartikler, fordi de alltid er plassert i kjernen av et atom. Vi tenker oss at den siste byggesteinen, elektronet, beveger seg i ulike «skall» (eller «baner») rundt kjernen. Atomer er satt sammen av bygge­ steinene protoner, nøytroner og elektroner.

rd

I et hydrogenatom tenker vi oss altså en kjerne med ett proton, og ett elektron som befinner seg i skallet rundt kjernen. Disse partiklene har også en ladning, omtrent som pluss og minus på et batteri. Protoner har en positiv ladning, og elektroner har en like stor negativ ladning. Til sam­ men utlikner de hverandre, slik at summen av ladninger i atomet er null. Men hva med den siste byggesteinen: nøytronet? Som navnet antyder, har ikke denne partikkelen noen ladning (det er nøytralt). For mange av de vanligste grunnstoffene er det omtrent like mange nøytroner som protoner i et atom. Hydrogen finnes i to varianter: én som ikke har noe nøytron, og én som har ett nøytron. Vi kaller disse variantene av samme atom isotoper.

til

p+

La oss først se på det enkleste atomet vi har: et atom med bare ett proton og ett elektron. Atomer som er satt sammen slik, kaller vi hydrogen.

vu

e–

Hydrogen

Ku

n

Hydrogenatom med ett nøytron og ett elektron.

proton: en partikkel i en atomkjerne

isotop: varianter av samme atom

Protoner er positivt ladet, og elektroner er negativt ladet. Nøytroner er nøytrale.


Kapittel 5  /  Kjemi 285

Grunnstoffene Du har helt sikkert hørt om grunnstoffer før, men hvordan definerer vi egentlig hva et grunnstoff er?

g

grunnstoff: et stoff med atomer med samme antall protoner i kjernen

er in

Et grunnstoff består bare av atomer med samme antall protoner i kjernen.

Det betyr at grunnstoffet hydrogen kun kan ha ett proton i kjernen. Om det er to eller flere protoner i kjernen, er det ikke lenger hydrogen. Da er det et annet grunnstoff!

Ku

n

til

vu

rd

I gamle dager fantes det mennesker som ble kalt alkymister. De for­ søkte å gjøre grunnstoffet bly om til grunnstoffet gull. Det klarte de aldri. Et grunnstoff kan ikke endres til å bli et annet grunnstoff gjennom kjemiske prosesser.

Alkymistene forsøkte å gjøre grunnstoffet bly om til gull. Wright of Derby Joseph (1734–1797), The Alchymist, in Search of the Philosopher's Stone. En alkymist i søken etter filosofens stein, av Joseph Wright, 1771


286 DEL 3 ///

Det er faktisk mulig å få et grunnstoff til å bli et annet gjennom noe som kalles kjernereaksjoner. Men i denne boka skal vi konsentrere oss om kjemiske reaksjoner, og da er det altså ikke mulig å gjøre bly om til gull!

e–

p+

g

p+

For at summen av ladninger i atomet nå skal bli null, må vi også ha et ekstra elektron. Da har vi to pluss­ladninger og to minusladninger. Det er også nøytroner i kjernen til helium. På samme måte som for hydrogen finnes det også ulike isotoper av helium. De vanligste iso­topene av helium har enten ett eller to nøytroner.

er in

n

La oss ta for oss grunn­­stoffet hydrogen igjen, men nå legger vi til ett proton. Da vet du at det ikke er grunn­stoffet hydrogen lenger, for hydro­ gen kan bare ha ett proton i kjernen. Om vi har to protoner i kjernen, har vi grunn­stoffet helium.

n

e–

Et heliumatom.

rd

Legger vi til enda et proton, får vi grunnstoffet litium. Siden litium har tre protoner, trenger vi tre elektroner. Men nå oppstår det et lite problem: Det er nemlig bare plass til to elektroner i det skallet som er nærmest atomkjernen!

vu

For å løse dette problemet oppretter vi et nytt skall som ligger litt lenger unna atomkjernen. I dette nye skallet er det plass til opptil åtte elek­ troner. Litium bruker altså bare en av disse plassene, men det er viktig å vite at det er plass til totalt åtte elektroner i dette skallet.

til

Det er plass til to elektroner i det innerste elektronskallet, og åtte elek­troner i det neste elektronskallet.

e–

n

Ku

n

p+

n p+ p+

n e–

e–

Litiumatomet har tre protoner i kjernen, og da må det også ha tre elektroner. Siden det bare er plass til to elektroner i det innerste skallet, er det siste elektronet plassert i et nytt skall. Dette nye skallet har plass til åtte elektroner.


Kapittel 5  /  Kjemi 287

til

vu

rd

er in

Grunnstoffet som har 92 protoner i kjernen, kalles uran. Det er det tyngste grunnstoffet som finnes i naturen. I tillegg finnes det grunn­ stoffer med flere enn 92 protoner, men de er kunstig laget.

atomnummer: alle grunnstoff har et atomnummer, og nummeret er det samme som antallet protoner i kjernen

g

Alle grunnstoff har et atomnummer, og dette nummeret er det samme som antallet protoner i kjernen. Dermed får hydrogen atomnummer 1, mens helium har atomnummer 2. Og da har du sikkert allerede gjettet at litium har atomnummer 3.

Vi bruker ulike metoder når vi skal analysere et kjemisk produkt for å finne ut stoffets struktur og sammensetning.

n

Periodesystemet

Ku

Nå vet du at det som skiller de ulike grunnstoffene fra hverandre, er antall protoner i kjernen. Dermed kan vi henvise til et hvilket som helst grunnstoff med et enkelt tall, nemlig atomnummeret. I tillegg til atomnummeret har alle grunnstoffer et navn og et kjemisk symbol. Symbolet består av én eller to bokstaver, og er det samme i alle verdens språk. Slik er det ikke med navnene til grunnstoffene. For eksempel sier vi «bly», mens engelsktalende sier «lead». Men det kjemiske symbolet er det samme på begge språk: Pb. Vi kan si at vi har et eget «kjemispråk».


288 DEL 3 ///

a a

Pb

82P 125N

er in

a

g

Alle grunnstoffer har et kjemisk symbol som består av en eller to bokstaver. I motsetning til stoffets navn er symbolet felles på alle språk.

rd

Alle atomene er plassert i et periode­system. Der er de ordnet etter hvor mange protoner de har i kjernen. Her er plasseringen til bly (Pb) vist som et eksempel.

vu

Vi setter alle grunnstoffene inn i en tabell som vi kaller periodesystemet. Radene i periodesystemet kalles perioder. I den første perioden finner vi hydrogen (H) og helium (He). I den andre perioden finner vi alle grunnstoffer med to elektronskall. Der er det plass til åtte elektroner. Grunnstoffet neon (Ne) har ti protoner og ti elektroner. To av elektronene er i det innerste skallet, og da må det være åtte elektroner i det neste skallet.

Ku

n

til

Grunnstoffet natrium (Na) har elleve protoner og elleve elektroner. Det er to elektroner i innerste skall, og åtte elektroner i det neste skallet. Da er det ikke plass til flere i det andre skallet, så det siste elektronet får plass i det tredje skallet. I den tredje perioden finner vi alle grunnstoffer med tre elektronskall. Slik fortsetter det nedover i periodene. Grunnstoffene ble opprinnelig ordnet i kolonner, avhengig av de kjem­ iske egenskapene. Det vil si at de grunnstoffene som er i samme kolon­ ne, likner litt på hverandre i hvordan de reagerer med andre stoffer. Dette henger nøye sammen med hvor mange elektroner et grunnstoff har i ytterste skall. Grunnstoffene hydrogen (H), litium (Li) og natrium (Na) har ett elektron i det ytterste elektronskallet. Derfor plasserer vi dem i den første kolon­ nen. Vi kaller denne kolonnen gruppe 1.


Kapittel 5  /  Kjemi 289

a

Na

a

11P 12N

er in

g

a

I den første kolonnen (gruppen) i periodesystemet står alle grunnstoffene med ett elek­tron i det ytterste skallet. På figuren har vi vist natrium (Na), som har tre skall, og bare ett elektron i det ytterste skillet.

rd

Den neste kolonnen inneholder grunnstoffer med to elektroner i det ytterste skallet, og vi kaller den gruppe 2. Grunnstoffene i gruppene 3–12 har ett eller to elektroner i ytterste skall. I gruppe 13 har alle grunn­­ stoffene tre elektroner, og i gruppe 14 har alle grunnstoffene fire elek­ troner.

Gruppe

4 Be 12 Mg 20 Ca 38 Sr 56 Ba 88 Ra

21 Sc 39 Y

2 He 5 6 7 8 9 10 B C N O F Ne 13 14 15 16 17 18 Al Si P S Cl Ar 22 23 24 25 26 26 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Ti V Cr Mn Fe Co Periode Ni Cu Zn H Ge As Se Br Kr 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 Zr Nb Mo Tc Rh RH Pb Ag Cd In Cn Sn Te I Xe 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 Pb 83 84 85 86 Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 Grunnstoff Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo

79 Au

til

1 H 3 Li 11 Na 19 K 37 Rb 55 Cs 87 Fr

vu

Slik fortsetter det bortover i gruppene. I gruppe 18 (den siste kolonnen) har alle grunnstoffene åtte elektroner i ytterste skall.

58 Ce 90 Th

59 Pr 91 Pa

60 Nd 92 U

Ku

n

57 La 89 Ac

61 62 Pm Sm 93 94 Np Pu

Perioder og grupper i periodesystemet.

63 64 Eu Gd 95 96 Am Cm

65 Tb 97 Bk

66 Dy 98 Cf

67 Ho 99 Es

68 69 70 71 Er Tm Yb Lu 100 101 102 103 Fm Md No Lr


290 DEL 3 ///

Kjemiske bindinger Foreløpig har vi bare sett på atomer, men nå skal vi se nærmere på hvordan atomene kan slå seg sammen for å danne molekyler.

molekyl: en kjemisk binding av minst to atomer

er in

g

Et molekyl består av minst to atomer. De holdes sammen ved en kjemisk binding.

Det er mange måter en slik kjemisk binding kan inntreffe på. Én mulig­ het er at ett eller flere elektroner i det ytterste elektronskallet trekkes ut i området mellom to atomer, slik at de to atomene på en måte «deler» elektronene. Dette kalles en kovalent binding.

rd

Atomer kan også holdes sammen på andre måter, for eksempel gjen­ nom ionebindinger eller metallbindinger. Vi skal se nærmere på alle disse tre bindingstypene.

Kovalente bindinger

vu

Gassen metan består av grunnstoffene hydrogen (H) og karbon (C). Vi vet at hydrogen har ett elektron, og fra periodesystemet kan vi se at karbon har fire elektroner i det ytterste elektronskallet (tilhører gruppe 14).

til

Hydrogen vil alltid forsøke å skaffe seg ett ekstra elektron, slik at det får to elektroner i elektronskallet sitt. Da er dette skallet fullt. Alle andre atomer vil forsøke å oppnå åtte elektroner i sitt ytterste skall. Siden karbon har fire elektroner fra før, vil det gjerne ha fire ekstra.

Ku

n

Dersom fire hydrogenatomer deler sine elektroner med ett karbonatom, vil hele regnestykket gå opp! Hver av hydrogenatomene får to elektroner, og karbonatomet får åtte elektroner i sitt ytterste skall.

«Åtteregelen» eller oktettregelen er viktig for å kunne forstå hvordan grunnstoffene danner molekyler.

Åtteregelen: Atomer vil forsøke å skaffe seg åtte elektroner i ytterste skall ved å danne bindinger med andre atomer.

Denne regelen er svært viktig og vil hjelpe deg å forstå hvordan grunn­ stoffer kan danne molekyler. I kjemien er det elektronene i det ytterste elektronskallet til et atom som er viktig. Kjernepartiklene (protoner og nøytroner) trenger vi ikke å bry oss om.


Kapittel 5  /  Kjemi 291

+

+

H

+

H

H

+

C

H

C

H

H

rd

H

er in

g

H

vu

Metanmolekylet er satt sammen av fire hydrogenatomer og ett karbonatom.

Elektronene i det ytterste skallet til et atom kaller vi valenselektroner. Disse elektronene har stor betydning for hvilke kjemiske forbindelser atomet kan inngå i.

til

Ionebindinger

n

Noen grunnstoffer kan gi fra seg ett eller flere elektroner. Da blir det færre elektroner enn protoner, og atomet blir positivt ladet. Andre grunn­stoffer kan ta til seg ett eller flere elektroner og får dermed flere elektroner enn de har protoner. De blir dermed negativt ladet.

Ku

Et ion er et ladd atom. Ladningen kommer av at det har gitt fra seg eller tatt opp elektroner.

ion: et ladd atom


292 DEL 3 ///

Atomer med ulik elektrisk ladning (positiv og negativ) vil tiltrekkes av hverandre. På den måten får vi det vi kaller ionebindinger. Et eksempel på en ionebinding er natriumklorid (NaCl).

ionebinding: atomer med ulik elektrisk ladning tiltrekkes av hverandre

Na

er in

Na

g

+

Cl

rd

Cl

Natriumklorid (NaCl) er et eksempel på en ionebinding.

Ku

n

til

vu

Forskjellen i ladning gjør at atomene trekker seg sammen og organi­ seres parvis i negativ og positiv rekkefølge i en kubestruktur. Vi kaller dette et ionisk krystall.

Et ionisk krystall har kubestruktur.

Ionebindinger skjer alltid mellom et grunnstoff som er et metall, og et grunnstoff som ikke er et metall. I vårt eksempel er natrium et metall, og klor er ikke et metall. Det er alltid valenselektronene til metallet som avgis, og som blir tatt opp av ikke-metallet.


Kapittel 5  /  Kjemi 293

Metallbindinger Cu

Cu

Cu

Cu

Cu

Cu

Cu

Cu

Cu

Cu

Cu

g

Cu

er in

De aller fleste grunnstoffene er metaller. Når metallene er i ren form, holdes atomene sammen med det som kalles metallbindinger. På sam­me måte som for ionebindinger avgir atomene valenselektronene. Men siden metallet nå er i ren form, finnes det ikke noen andre atomer som kan ta opp disse elektronene. Dermed blir det liggende en «sky» av elektroner mellom metallatomene. Dette gjør at metaller er gode ledere av elektrisk strøm. Valenselektronene til hvert enkelt atom blir nå «felles» for alle de andre atomene i metallbindingen.

Ku

n

til

vu

rd

I metallbindinger er det «frie» elektroner som deles mellom flere metallatomer.

Metaller leder strøm godt fordi ytterelektronene i metallatomene kan bevege seg fritt i metallet. Kobber er mye brukt i ledninger og apparater.

I metallbindinger er det «frie» elek­troner som flere metallatomer deler mellom seg.


294 DEL 3 ///

Repetisjon

Oppsummering Atomer er satt sammen av byggesteinene protoner, nøytroner og elektroner. Protoner er positivt ladet, og elektroner er negativt ladet. Nøytroner er nøytrale.

Alle grunnstoff har et atomnummer, og dette nummeret er det samme som antallet protoner i kjernen. I tillegg til atomnummeret har alle grunnstoffer et navn og et kjemisk symbol.

I periodesystemet er grunnstoffene ordnet etter stigende atom­ nummer. Grunnstoffene deles inn i perioder (rader) etter antall elektronskall.

Grunnstoffer som tilhører samme gruppe (kolonne) i periode­ systemet, har ofte ganske like egenskaper.

Et molekyl består av minst to atomer som holdes sammen ved en kjemisk binding.

Atomer vil forsøke å skaffe seg åtte elektroner i ytterste skall ved å danne bindinger med andre atomer. Dette kalles åtteregelen.

Et ion er et ladd atom. Ladningen kommer av at det har gitt fra seg eller tatt opp elektroner.

vu

3 Nevn tre ulike typer kjemiske bindinger, gi eksempler på hver type.

er in

2 Forklar hva et grunn­stoff er.

g

rd

1 Forklar hvordan vi kan tenke oss at et atom er bygd opp, bruk natrium (Na) som eksempel.

I metallbindinger er det «frie» elektroner som deles mellom flere metallatomer.

til

Oppgaver

a Hvordan er et oksygenatom oppbygd?

Ku

n

b Fortell om oksygenatomet sin plassering i periodesystemet. c Forklar bindingstypene: ionebinding, kovalent binding og metallbinding. d Hvilken binding har en svovelsyre H2SO4? Tegn og forklar bindingen. e Bruk periodesystemet. Regn ut molar masse til svovelsyre. f Hva er vekten til 2 mol H2SO4? g Syrer er etsende og kan gi syreskader. Hva mener vi med det?


Kapittel 5  /  Kjemi 295

TVERRFAGLIGE OPPGAVER

2 Bruk periodesystemet og fyll ut tabellen.

Symbol Gruppe Periode

Hydrogen

er in

C

3

4

7

3

15

2

Fe

Kobber

3 Fra åtteregelen kan vi finne ut at ett karbonatom vil danne metan sammen med fire hydrogen­atomer. Her er noen flere molekyler som inne­holder hydrogen, som du skal finne ut mer om. a Finn ut hvor mange hydrogenatomer ett nitrogen­atom vil danne bindinger med. Hva heter dette stoffet? b Finn ut hvor mange hydrogenatomer ett oksygen­atom vil danne bindinger med. Hva heter dette stoffet? c Finn ut hvor mange hydrogenatomer ett fluor­­ atom vil danne bindinger med. Hva heter det­te stoffet?

vu

til n

Ku

Antall protoner

g

Navn

rd

1 Du har fått i oppgave å lage en prosess der du skal blande saft­konsentrat og vann til ferdig saft. Saften skal ha god smak og kvalitet. Det skal være 1000 liter ferdig saft. Hvor sterk saftkonsentratet skal være, bestemmer du selv. Hvordan kan du lage en prosess med MSR (måling, styring og regulering) fra saft­konsentrat og vann til ferdig saft? a Sett opp en plan for hvilket utstyr du trenger for å lage prosessen: pådragsorgan, beholdere/ tanker, pumper. Hvilke måle­prinsipper skal du følge, og hvordan skal du utføre kvalitets­ kontroll? b Tegn et prosesskjema med utstyr og regulering. c Hvilken temperatur på den ferdige saften synes du er best når du skal drikke den? d Hva er den kjemiske formelen for råvarene? e Snakk med en medelev om hvordan dere kan ha kontroll over prosessen og kvaliteten på den ferdige saften.


g er in vu

Tegning og tegningslesing

til

4

rd

DEL

n

MÅL

Når du har arbeidet med del 4 Tegning og tegningslesing, skal du

Ku

kjenne til hvordan tekniske tegninger er oppbygd kjenne til målsettinger og symboler på tekniske tegninger kunne lese enkle tekniske tegninger og bruke dem i praksis på verkstedet kunne tegne enkle arbeidstegninger og bruke dem i praksis på verkstedet kunne bruke kunnskapene i tilknytning til tegning ved hjelp av PC (DAK) kunne bruke kunnskapene i tilknytning til datastyrt produksjon (CNC og DAP) inneha grunnlag for videre læring i studier og arbeidsliv


297

Ku

n

til

vu

rd

er in

g

Å forklare med ord hvordan en gjenstand ser ut, kan være vanskelig. Hvis vi tegner den opp, blir det lettere å forstå. En teknisk tegning skal beskrive formen og dimensjonene på en gjenstand så tydelig at det ikke oppstår misforståelser. Derfor må tegningene lages etter bestemte regler. Disse reglene finner vi i Norsk Standard (NS). Det er et mål at det skal være felles tegneregler over hele verden. Da kan alle, uansett hvor de bor, forstå hva tegningene sier.


g er in

1 Projeksjonsmetoder

rd

Aktuelle standarder

vu

NS-EN ISO 5456–1:1999, NS-EN ISO 5456–2:1999, NS- EN ISO 5456–3:1999, NS-EN ISO 5456–4:1999, NS- ISO 128- 30:2001, og NS-ISO 128–34:2001

til

I dag blir de fleste tegninger laget ved hjelp av tegneprogrammer på datamaskinen. Men det er også viktig å kunne tegne litt for hånd, for eksempel når du ønsker å forklare noe med enkle skisser. Det er også lettere å lære å tegne på datamaskin når du først har lært å tegne på papir med blyant og linjal.

Ku

n

Den europeiske projeksjonsmetoden

Dette symbolet finner du ofte på tegninger. Det viser at det er «First angle projection» som er brukt.

Vi bruker projeksjonstegning for å vise hvordan en gjenstand ser ut fra forskjellige sider eller retninger. En projeksjon er et bilde av en gjenstand tegnet på en plan flate. En side av en gjenstand kaller vi et riss, og det finnes standard regler for hvor rissene skal plasseres på tegnearket. Hvis vi skal vise alle sidene av en gjenstand, må vi tegne seks riss. Men vi klarer oss som regel med ett, to eller tre riss alt etter hvor komplisert gjenstanden er.


Kapittel 1  /  Projeksjonsmetoder 299

Normalriss

er in

For at du skal kunne lese og forstå en teknisk tegning, er det flere begreper du må lære. Vi skal her bruke en mobil for å gjennomgå de viktigste begrepene. Mobilen som er tegnet, blir på tegnespråket kalt et riss.

g

Vi har to metoder for å plassere riss på en tegning, og vi skal i første omgang ta for oss den metoden som brukes mest i Norge. Den heter «First angle projection» og kalles ofte «veltemetoden» eller «Den europeiske projeksjonsmetoden».

Ett riss viser én side av en gjenstand. Et normalriss vil si at hele risset er vist. Dersom vi viser to sider av mobilen, sier vi at den er tegnet i to riss.

Tegnet i ett riss.

De vanligste rissene

rd

Som du ser, er det bare å velte mobilen over for å se de forskjellige sidene. Nederst er mobilen tegnet i tre riss. Da er den i tillegg veltet mot deg slik at du ser den ovenfra.

• sett forfra • sett fra venstre

vu

Som regel er det nødvendig å tegne en gjenstand i tre riss for å vise hvilken form den har. De tre rissene som er mest brukt, heter

Tegnet i to riss.

til

• sett ovenfra

n

Riss sett ovenfra plasserer vi nedenfor risset sett forfra. Riss sett fra venstre plasserer vi til høyre for riss sett forfra. Det er med andre ord avgjørende hvilken side du ser gjenstanden fra.

Ku

Når du leser en tegning, er det viktig å skille mellom siden på gjen­ standen og siden du ser gjenstanden fra. Når du ser bilen fra venstre, så vises bilens høyre side. Risset av bilens høyre side kalles da for risset sett fra venstre fordi du ser den fra din venstre side.

Tegnet i tre riss.


300 DEL 4 ////

Hovedriss

g

Det risset som viser mest av formen på detaljen, kaller vi hovedriss. Det er også det risset som gir mest informasjon, og bør derfor framstilles som sett forfra. Derfor er ofte riss sett forfra det samme som hoved­risset.

C

rd

A

er in

B

A

C

B

vu

Figuren er vist i tre riss. Her er det A som er hovedrisset.

Ku

n

til

Det finnes unntak for hva som betraktes som hovedriss. På en bil vet alle hva som er fronten, men er det fronten vi kjenner igjen biltypen på? Eller er det én side av bilen som bør benevnes som hovedriss?

Hva tror du er hovedrisset på en bil?

Flere riss Hovedregel: Vi tegner ikke flere riss enn nødvendig på en tegning, men det hender at vi må tegne flere riss for å gi et klart bilde av formen på gjenstanden. Et prisme har som kjent seks sider. Enhver gjenstand har også seks sider forutsatt at den veltes 90° hver gang.


er in

g

Kapittel 1  /  Projeksjonsmetoder 301

rd

Her ser du hvordan vi velter gjenstanden når du ser den i «fugleperspektiv». Du skal ikke tegne den slik. Figuren viser bare hvordan vi tenker når vi velter gjenstanden på tegnearket.

E

A

C

vu

a sett forfra

D

F

b

b sett ovenfra

f

c sett fra venstre

B

d sett fra høyre e sett nedenfra f sett bakfra

til

Z

c

d a

e

n

E

Ku

Tegneflate

C

A

D

X

B

12 43

F

Y

Ved «First angle projection» henger gjenstanden midt i et rom. Da tegnes rissene på veggene, og veggene brettes deretter ut slik du ser på skissen til venstre.


302 DEL 4 ////

Den amerikanske projeksjonsmetoden I USA og noen stillehavsland benyttes projeksjon i tredje kvadrant, «Third angle projection». Den kalles ofte «Den amerikanske projeksjons­ metoden».

Til venstre er tegnemetoden vi benytter i Norge

er in

g

Du kan lese mer om den amerikanske projeksjonsmetoden i NS-EN ISO 5456–2:1999. Men allerede nå bør du kjenne til tegnet for denne metoden fordi den brukes en del i oljeindustrien. Du bør da kjenne til at rissene tegnes på motsatt side av hovedrisset i forhold til den europeiske projeksjonsmetoden. Til høyre er tegnemetoden som benyttes i USA

d

D

A

C

C

c

a

rd

Den europeiske projeksjonsmetoden

Repetisjon

vu

Symbol First angle projection

Ku

n

til

1 Disse spørsmålene er knyttet til First angle projection: a Hva kaller vi tegning av én side av en gjenstand? b Hva kaller vi de tre mest vanlige rissene? c Hva kaller vi det risset som viser mest av formen på gjenstanden? d Hvor plasserer vi risset sett fra venstre? e Hvor plasserer vi risset sett ovenfra? f Hva kaller vi risset når det er plassert til høyre for hovedrisset? g Hva kaller vi risset når det er plassert til venstre for hovedrisset? h Hva kaller vi risset når det er plassert nedenfor hovedrisset?

A

D

Den amerikanske projeksjonsmetoden

Symbol Third angle projection

i Hva kaller vi risset når det er plassert ovenfor hovedrisset? j Hvor mange riss må du tegne for å få med deg alle sidene på en terning? k Klarer du å finne ut hvilke fire plasseringer risset sett bakfra kan ha?

2 Hva betyr dette symbolet?

3 Hva betyr dette symbolet?


g rd

Aktuelle standarder

er in

2 Tegneark

Det finnes tegneark med forskjellige størrelser. Størrelsene på tegne­ arkene er standardiserte, og vi velger størrelser etter hva vi skal tegne. Vi kan velge mellom fem forskjellige størrelser: A0, A1, A2, A3 og A4.

A5

A4 A2

A3

til

Det største formatet er A0. Deler du det på midten, får du to A1-formater. De arkene som brukes mest, er A2, A3 og A4.

n

Tegnefelt og skrivefelt

Ku

Tegnefeltet utgjør største del av tegningen der gjenstanden er grafisk fremstilt, mens skrivefeltet er der forklarende tekst plasseres. Skrivefeltet består ofte av kun tittelfelt og stykkliste. Men revisjonsfelt og annen henvisning som toleranser, sveiseprosedyrer og forklarende tekst Responsible dept.

ABC 2

Legal owner

Technical reference

Document type

Patricia Johnson

Sub-assembly drawing

Created by

Title, Supplementary title

Jane Smith Approved b y

David Brown Tittelfelt, basert på NS-EN ISO 7200–2004.

Apparatus plate Complete with brackets

1189 mm

vu

NS-EN ISO 5457: 1999, NS-EN ISO 5457: 1999/A1:2010, NS- EN ISO 9431: 1999, NS-EN ISO 7200: 2004, NS- EN ISO 5455: 1994, NS 2402: 1984

A1

A0 = A1 2 A1 = A2 2 A2 = A3 2 A3 = A4 2 A4 = A5 2

841 mm

Hele arket har A0-format, halvparten av A0 er A1, halvparten av A1 er A2, osv.

Document status

Released

AB123 456-7 Rev. Daste of issue

A 2002-06-14

Lang.

en

Sheet. .

1/5


304 DEL 4 ////

g

kan også forekomme. Skrivefeltet er i dag ofte tekstet på engelsk på samme måte som vi finner i NS-EN ISO 7000: 2004 og de fleste andre standardblad. Dette gjelder spesielt tegninger til offshore eller tegninger for utenlands produksjon. Det er derfor viktig at du lærer noe teknisk engelsk.

Tittelfelt

er in

Hensikten med tittelfeltet er å gi tegningen en forklarende tekst. Norsk Standard plasserer tittelfeltet i nedre høyre hjørne av tegningen, slik at det er synlig når tegningen er brettet sammen. Feltet består av kolonner og rader med totalt 170 mm eller 180 mm lengde. I tillegg er det anbe­ falte opplysninger som bør stå i tittelfeltet.

rd

I dag bruker vi ofte ferdige tittelfelter og stykklister som er utarbeidet av ulike DAK-leverandører. I tillegg er det utarbeidet forskjellige bedrifts­ standarder, og noen bruker fortsatt anbefalinger fra den «gamle og utgåtte» NS 1402: 1973.

vu

Tittelfeltet inneholder som regel opplysninger om tegningens eier, tegnings­nummer, målestokk, projeksjonsmetode, dato og konstruktører.

Stykklister

til

En stykkliste består av linjer og kolonner som plasseres ovenfor tittel­ feltet. Der skrives det inn informasjon om den enkelte delen på tegn­ ingen. Stykklista skal vise hvor mange ulike detaljer det er, hvor mange eksemplarer vi skal lage av hver detalj, og materialet som er brukt. Navnet på detaljen blir skrevet i entallsform. Vi må også oppgi dimen­ sjoner og materialtyper.

Ku

n

På norske tegninger ser vi ofte følgende rekkefølge: Posisjonsnummer, Antall, Navn, Referanse med dimensjon og Materiale.

Posisjoner På tegninger der flere deler er satt sammen, sier vi at den består av flere posisjonsnummer. Det er da henvisningslinje med nummer på hver enkelt del. De forskjellige posisjonsnumrene finner du også igjen i stykk­­ lista, der delen er nærmere beskrevet.

Forklarende tekst Over stykklista er det ofte forklarende tekst. Det kan for eksempel være angående toleranse, overflatebehandling, standarder for sveise­prose­ dyrer m.m.


Ku

n

til

vu

rd

er in

g

Kapittel 2  /  Tegneark 305

«Jib crane. Second rotation arm» produsert for Farsund Drilling Solutions AS.


306 DEL 4 ////

Revisjonsfelt

g

Et revisjonsfelt plasseres over stykklista, til venstre for stykklista eller oppe i høyre hjørne av tegningen. Revisjonsfeltet benyttes når det blir endringer på produktet som er tegnet, etter at gjenstanden er satt i produksjon. Det blir da satt inn et tegn på tegningen der endringen er utført. Det tegnet finner du også igjen i revisjonsfeltet der endringen er nærmere forklart.

er in

Noen bedrifter setter bare inn tegn for siste endring i tegnefeltet og sløyfer tidligere tegn for endringer, selv om tidligere endringer står i revisjonsfeltet. Tegninger med tidligere endringer er da lagret for å kunne hentes opp hvis den tidligere produserte gjenstanden skal repareres. Hvis revisjonsfelt mangler på en tegning, er det heller ikke foretatt noen revisjoner.

rd

Komplette tegninger

Tegninger kan bestå av en enkelt tegning eller eventuelt av en sammen­ stillings­tegning med tilhørende detaljtegninger.

vu

Tegningen på forrige side viser en gjenstand som produseres for olje­ industrien, og den er derfor tekstet på engelsk. Også de fleste Norsk Standard-blader er tekstet på engelsk. Så da skjønner du vel at også engelsk­undervisningen er viktig for deg som framtidig fagarbeider.

til

På tegningen bør du se på plassering av de forskjellige skrivefeltene og innhold av disse. Vi anbefaler at du også lokaliserer de forskjellige posisjonsnumrene og prøver å danne deg et bilde av hvordan de enkelte delene skal lages og settes sammen.

Ku

n

Materialer

Av hensyn til sikkerhet er det svært viktig å bruke de materialene som er oppgitt i stykklista og/eller emnelista på tegningen. Du kjenner sikkert til at forskjellige tretyper har forskjellige egenskaper som styrke, tetthet og formbarhet. Ståltyper har også forskjellige egenskaper som sveisbarhet, herdbarhet, strekkfasthet, syrefasthet, osv. Tilsvarende finnes det også forskjellige egenskaper for andre metaller og plasttyper. Vi må skrive inn eksakte betegnelser for materialene i stykklista. Material­ navn som for eksempel stål, aluminium, plast og tre er ikke godt nok. Derimot er materialbetegnelser som S235JR, Al99,5, ABS-plast og eik eksakte beskrivelser.


Kapittel 2  /  Tegneark 307

Repetisjon 1 Hvor mange standardiserte tegneformater kan vi velge mellom?

3 Hva kaller vi de tegneformatene vi får hvis vi deler det største tegnearket i to?

er in

4 Hvilket tegneformat er dobbelt så stort som et A4-ark? 5 Hva heter de to skrivefeltene som vi kan finne nede til høyre på en tegning? 6 Når er det aktuelt med revisjonsfelt på en tegning?

7 Se tegning nr. 108 023 på side 305 og bruk norske ord når du besvarer oppgavene nedenfor:

vu

rd

Tittelfelt: a Hvilken bedrift har tegnet denne tegningen? b Hvilket tegningsnummer er det? c Når er tegningen utført? d Hvor stort er originalt tegneformat? e Hvilken projeksjonsmetode er brukt? f Hvor stor masse har gjenstanden?

til

Stykkliste: g Hvor mange posisjoner er det? h Hvor mange deler er det sammenlagt? i Hva er posisjon nr. 2? j Hvor mange plater består posisjon nr. 4 av?

n

Forklarende tekst: k Hvilken overflatebehandling skal gjenstanden ha? l Hvilke opplysninger er det angående fabrikasjon? m Hvilke opplysninger er det angående toleranser?

Ku

Revisjonsfelt: n Hvor er revisjonsfeltet plassert på tegnearket? o Hvor mange revisjoner er det utført? p Når ble siste revisjon utført? q Hva består siste revisjon av? Tegnefeltet: r Hvilken del må dreies? h Hvorfor har posisjon nr. 1 en radius på 60 mm?

g

2 Hva kaller vi det største tegneformatet?


308 DEL 4 ////

Målestokk

NS-EN ISO 5455: 199 4

er in

Vi må ofte tegne gjenstanden mindre enn den er i virkeligheten; andre ganger må vi tegne en gjenstand større enn den er. Når vi forminsker eller forstørrer tegningen, sier vi at vi tegner i målestokk.

Anbefalte målestokker Forstørring av riss

2 : 1 – 5 : 1 – 10 : 1 – 20 : 1 – 50 : 1

rd

REFLEKSJON Tenk deg at du skal lage et stativ for å plassere en båt på land. Ville det være aktuelt med en tegning som er like stor som stativet? Eller tenk deg at du skal lage en liten del til en gammel klokke. Ville det være aktuelt med gjenstanden tegnet i naturlig størrelse?

g

Aktuell standard

Naturlig størrelse

vu

1:1

Forminskning av riss

1 : 2 – 1 : 2,5 – 1 : 5 – 1 : 10 – 1 : 20 – 1 : 25 – 1 : 50 – 1 : 100 – 1 : 200 – 1 : 500 – 1 : 1000 – 1 : 2000 – 1 : 5000 – 1 : 10 000

Ku

n

til

Ved forstørring står det største tallet først. Ved forminskning står det minste tallet først. OBS: Norsk Standard oppgir bare anbefalte målestokker. Det betyr at for eksempel målestokk 1 : 30 aksepteres. Det kan jo hende at det er for lite plass til gjenstanden i målestokk 1 : 25 og konstruktøren samtidig ønsker å vise et større bilde enn f.eks. 1 : 50.

Naturlig størrelse Når vi tegner en gjenstand slik den er i virkeligheten, er den tegnet i målestokk 1 : 1.


Kapittel 2  /  Tegneark 309

Forminskning

1:1

300

er in

Alle måltall må ha sin naturlige størrelse, for det er tallverdien du skal arbeide etter.

g

300

Dersom vi tegner en gjenstand halvparten så stor som den er i virkeligheten, er den tegnet i målestokk 1 : 2. Da er 1 mm på tegningen det samme som 2 mm i virkeligheten. Hvis målestokken er 1 : 10, er 1 mm på tegningen 10 mm i virkeligheten.

Forstørring

1:2

rd

For å få plass til målsetting og for at tegningen skal bli lettere å lese, tegner vi ofte risset større enn gjenstanden. Når risset for eksempel tegnes dobbelt så stort, er det tegnet i målestokk 2 : 1.

Manuelle tegninger i målestokk

vu

Når du tegner for hånd (manuell tegning), må du velge målestokk og justere målene før tegnearbeidet starter. Da er det lurt å benytte de anbefalte målestokkene foran fordi de er enkle å multiplisere opp eller dele ned målene med. Men husk at det er bestandig gjenstandens reelle mål som skal oppgis på tegningen.

Skalerte DAK-tegninger

Forminskning.

1:1 7

7

2:1

Forstørring.

til

Tegner du ved hjelp av DAK, må du tenke litt annerledes. Da tegnes (modelleres) alltid gjenstanden i naturlig størrelse. Det er først når gjenstanden er ferdig, at den må skaleres for å få plass på papiret.

n

Repetisjon

Ku

1 Hvordan blir det vist at en gjenstand er tegnet i naturlig størrelse? 2 Hva er hensikten med forminsket målestokk? 3 Hva er hensikten med forstørret målestokk? 4 Du måler lengden på en gjenstand til å være 300 mm lang. a Hvor lang skal gjenstanden tegnes i målestokk 1 : 2? b Hvor stort skal da målet være målsatt på tegningen?

5 Se på tegningen på side 305 og svar på spørsmålene: a Hvilket materiale skal benyttes til samtlige posisjoner? b Hvorfor er det spesielt viktig at vi benytter riktige materialer på løfteutstyr? c Hvilke målestokker er benyttet på denne tegningen? d Hvorfor kan ikke posisjon nr. 1 tegnes i målestokk 1 : 1 på et A3-ark?


g rd

Aktuelle standarder

er in

3 Linjer

vu

NS-EN ISO 128–20:2001, NS-EN ISO 128–21:2001, NS-ISO 128–22:1999, og NS-ISO 128–24:1999.

Linjetykkelser og linjegrupper Linjetykkelser

Ku

n

til

Linjer er delt inn i ulike linjegrupper. I hver linjegruppe er det tre linje­ tykkelser – ekstra grov, grov og fin. Forholdet mellom linjetykkelser i hver gruppe skal være 4 : 2 : 1. Når vi bestemmer linjetykkelse, går vi ut fra de synlige konturene på figurene. Disse linjene er grove. Da skal fine linjer være halvparten så tykke. Ekstra grove linjer blir da dobbelt så tykke. Linjetykkelsene er standardisert og blir oppgitt i millimeter. Jo større format tegningen har, desto tykkere linjer.

Linjegrupper På manuelle tegninger i A4- og A3-format er det best å bruke trykk­ blyanter med 1 mm bly til de grove linjene, og 0,5 mm bly til de fine linjene. Tynnere bly vil lett brekke. På manuelle tegninger skal den minste avstanden mellom linjene ikke være mindre enn 0,7 mm.


Kapittel 3  /  Linjer

311

Linjetyper

er in

Vi fortsetter med å se litt på hobbystikka og linjene som er brukt.

g

På DAK-tegninger kan vi godt bruke en tynnere linjegruppe fordi linjene på utskriften blir skarpere enn de gjør når du tegner for hånd. Til A4 og A3 passer det bra med linjegruppe 0,5, der de grove linjene er 0,5 mm tykke og de fine linjene er 0,25 mm tykke.

til

vu

rd

Rissene nedenfor og på neste side er tegnet med linjetykkelser som passer til A4 tegne­ark. Vi bruker da 0,25 mm til de tynne linjene og 0,5 mm tykkelse til de tykke linjene. Her gjennomgår vi de linjene vi bruker mest, hva de heter, hvor tykke de skal være i forhold til hverandre, og hva de brukes til.

Skjult kontur 0,25 mm fin stiplet linje

Skravering 0,25 mm fin hellinje

Sentrum, korte senterlinjer 0,25 mm fin hellinje

n

Synlig hullkant i snitt 0,5 mm grov hellinje

Senterlinje 0,25 mm fin lang strekpunktlinje Gjengeinngang 0,25 mm fin hellinje åpen sirkel

Ku

Grense for snitt 0,25 mm fin hellinje

Skjult gjengetopp og gjengebunn 0,25 mm fin stiplet linje

Synlig kontur 0,5 mm grov hellinje

20

Målgrenselinje 0,25 mm fin hellinje Pil fylt 15° x 3,5 mm Målltall 0,5 mm grov hellinje, høyde 3,5 mm Mållinje 0,25 mm fin hellinje


312 DEL 4 //// A

er in

g

Snittlinje 0,25 mm fin lang strekpunktlinje

Snittlinje vendepunkt 0,5 mm grov hellinje

Snitt A-A

Snittlinje ende 0,5 mm grov hellinje

Bruddlinje for avkortet riss 0,25 mm fin hellinje sikksakk

Linjetyper.

Grense for gjengelengde 0,5 mm grov hellinje

vu

Synlig gjengetopp 0,5 mm grov hellinje

rd

A

Ku

n

til

Synlig gjengebunn 0,25 mm fin hellinje

Ytregrenser for bevegelige deler 0,25 mm fin lang strekdobbeltpunkt


Kapittel 3  /  Linjer 313

Prioriterte linjer Dersom to forskjellige linjetyper ligger på samme sted, må vi velge – prioritere – hvilken av dem vi skal tegne. Da skal vi følge denne regelen:

er in

g

Grov hellinje har alltid førsteprioritet.

vu

rd

Som du ser, er gjenstanden nedenfor tegnet i tre riss. I risset sett ovenfra er det to skjulte konturer som kommer rett bak de to synlige konturene. I slike tilfeller er det synlige konturer som har førsteprioritet. Slik er det også om andre linjer kommer bak en grov hellinje.

til

Synlige konturer Grov hellinje

Overføringslinjer

n

Vi bruker overføringslinjer som hjelpelinjer på manuell tegning, slik at vi lettere kan få en nøyaktig tegning. De tegnes med fin hellinje, og vi visker dem ofte ut når tegningen er ferdig. De blir også kalt projeksjonslinjer.

Ku

Vi kan lage overføringslinjer på to måter: med passer eller med 45° vinkel. Det brukes vanligvis ikke overføringslinjer på DAK-tegninger fordi plassering av utlagte riss er automatisert.

Overføringslinjer med passer Denne metoden passer best for manuell tegning. Passerspissen settes ofte i nedre høyre hjørne av risset, sett forfra.

Overføringslinjer (fin hellinje) med passer

Overføringslinjer (fin hellinje) med passer.


314 DEL 4 ////

Overføringslinjer ved hjelp av 45° vinkel

er in

g

Tegning av overføringslinjer med 45° vinkelhake gir det samme resul­ tatet som med passer. Det er en fordel å la linjene krysse hverandre litt, da ser du skjæringspunktet lettere.

Overføringslinjer med 45° vinkel

rd

Overføringslinjer med 45° vinkel.

Repetisjon

vu

1 Hva heter linja for synlig kontur?

2 Hva heter linja for usynlig kontur? 3 Hva heter linja for senterlinje? 4 Hva heter linja for hjelpelinje?

til

5 Hvilken linje tegner du når en stiplet linje kommer rett bak en grov hellinje? 6 Hva bruker vi grov hellinje til?

Ku

n

7 Hva bruker vi fin stiplet linje til? 8 Hvorfor finnes det flere linjetyper? 9 Hvor tykk ville du tegne en synlig konturlinje på en manuell tegning?

10 Hvor tykk ville du tegne en stiplet linje på en manuell tegning?


g rd

Aktuelle standarder

er in

4 Målsetting

vu

NS 1410: 1987, NS 1413: 1985, NS 1436: 1977 og NS-EN ISO 1660: 2017

Målsetting er en viktig del av tegningen. Den har stor betydning for produksjonen og forteller oss hvordan produktet skal se ut.

til

Når du skal målsette en tegning, er det viktig å skrive målene tydelig. Ellers kan vi få feil mål på den produserte delen. I tillegg er det viktig å bruke standard regler for å unngå misforståelser.

Metode 1 – Leseretning og detaljer

66

99

n

Det finnes to metoder som vi vanligvis bruker når vi skal målsette, her kalt metode 1 og metode 2. Når vi har valgt en metode, skal vi bruke den på hele tegningen.

Detaljer i målsetting Det skal være et tilstrekkelig antall mål på en tegning. Vi skal likevel ikke målsette noe to ganger. Det skal heller ikke være mulig å regne seg fram til et mål som allerede er oppgitt.

66

Ku

Målene skal leses nedenfra og fra høyre side. I tillegg skal målene plasseres på mållinja. Det kan jo få konsekvenser å lese tall opp ned.

99 Når vi skal lese målene på denne tegningen, er det viktig at vi vet hva som er riktig leseretning!


316 DEL 4 ////

2

18

x

20

25

50

° 45

5

12

5

2

10

30

er in

g

5

Målgrenselinjer er de linjene som danner grenser for målene. Mållinjer er de linjene som målene skrives på.

1,5 1,5

Mållinjer

40

Målgrenselinjer

rd

Mållinjer og målgrenselinjer.

vu

Pilspisser og skråstreker. Mållinjer skal ha tydelige avslutninger – enten pilspisser eller skrålinjer – eller et nullpunkt der det er hensikts­ messig. Plassering av måltall. Måltallet skal helst stå midt på mållinja og litt over den. Hvis det er lite plass, kan målet skrives på en henvisningslinje eller på en mållinje utenfor målgrenselinja.

10 300

2

n

2

20

30

til

Usann størrelse. Tall som er understreket, er mål som ikke stemmer med målestokken. Årsaken kan for eksempel være at tegningen er blitt forandret.

x

Ku

20

1,5 1,5

° 45

5

450 Usanne størrelser skal være understreket.

40

Plassering av måltall.

Skrålinje. Det hender at vi ønsker å oppgi lengden på en skråkant. Da trekker vi målgrenselinjene vinkelrett ut fra skråkanten, og mållinja parallelt med skråkanten. Vi bør unngå metoden fordi den fører til at operatøren må foreta utregninger før produksjonen tar til.


Kapittel 4  /  Målsetting 317

En bedre metode er å oppgi to vinkelrette mål og ett vinkelmål. For å unn­gå dobbel målsetting har vi satt det minst viktige målet (hjelpemålet) i parentes.

15

45

15

er in

1

,2

21 (20) Dette er ikke en god metode å målsette skrålinjer på.

Bruk denne metoden for å målsette skrålinjer.

Fas. En kort skråkant kaller vi en fas.

rd

En fas som har vinkelen 45°, er enkel å målsette fordi begge katetene i trekanten som skal bort, er like lange. 2 x 45°

vu

eller

2 x 45°

14

eller

30°

30°

til

2

Målsetting av fas.

n

Ved andre vinkler enn 45° må vi være mer presise.

eller

90°

14

90°

Forsenket. Dersom det er en større fas i et hull, sier vi ofte at hullet er forsenket. Da målsetter vi med vinkel og diameter, eller med vinkel og dybde.

Ku

g

35 °

35

3,5

Målsetting av en forsenking.


318 DEL 4 ////

Radius. Radien til en sirkelbue kan angis på flere måter, men symbolet R skal alltid være med. Store radier med sentrum utenfor tegningen kan brytes eller forkortes med en knekk. Mållinja skal likevel ha retning mot sentrum av buen.

R2

R7 0

R5

Diametermål – ∅. Vi kan målsette sylindriske gjenstander og hull på forskjellige måter. Små hull angir vi med henvisningslinje. Større hull angir vi med målgrenselinje eller med pilspisser direkte mot konturen (hullkant).

Målsetting av radius.

28

6

er in

g

R4

15

rd

Målsetting av diameter.

Når det er vanskelig å se at målet er et diametermål, må vi bruke dia­meter­tegn (∅) i tillegg.

8

16

7

15

20

10

10

til

20

30

27

vu

Når vi målsetter et halvsnitt, skal mållinjene gå forbi sentrum av detalj­ en. Innvendige mål skal plasseres i snittet, og utvendige mål skal plasseres på den siden som viser gjenstanden utvendig.

Ku

n

Halvsnitt

Når det er vanskelig å se at målet er et diameter­ mål, må vi bruke diameter­tegn i tillegg.

Flere like mål. Ved symmetriske gjenstander og mange like mål er det ikke nødvendig å angi alle mål som er like. Antall hull eller andre opp­ lysninger kan vi skrive som vist til nedenfor. I dette tilfellet kan vi skrive 6 × ∅5 eller 6 hull × ∅5. 6x

20

3 tykk

4x R20


Kapittel 4  /  Målsetting 319

På enkle platedetaljer kan vi skrive tykkelsen direkte på risset. På den måten sparer vi plass på tegnearket. For å unngå lange henvisningslinjer og gjentakelser av like mål kan vi bruke referansebokstaver med en forklarende tabell eller anmerkning.

B

A=4x 3 B=2x 4 C=1x 6 A

A

B

er in

A

g

A

C

60°

30°

60

°

°

60

30°

til

Eksempler på vinkelmålsetting

Målsettingsmetoder

n

Det finnes tre ulike målsettingsmetoder: • kjedemålsetting

Ku

• parallellmålsetting

• koordinatmålsetting

Det er funksjonen til gjenstanden og hvordan den skal framstilles, som avgjør hvordan vi skal målsette. Ofte blander vi metodene. Det kaller vi kombinert målsetting.

20

20

20

20

20

20

20

20

vu

60°

20

20

60

°

°

30

60°

30°

20

60°

20

60°

rd

Vinkelmålsetting og skrå målsetting. Ved vinkelmålsetting og skrå målsetting kan det ofte være vanskelig å bedømme hvilken leseretning vi skal bruke. Her ser du figurer som kan hjelpe deg å få riktig leseretning.

Eksempel på skrå målsetting


320 DEL 4 ////

Kjedemålsetting Kjedemålsetting er en enkel metode der målene står etter hverandre på en linje.

16

er in

g

Denne målsettingsmetoden krever liten plass, men er ikke så nøyaktig. Det kommer av at eventuelle avvik på de enkelte målene i kjeden får konsekvenser for etterfølgende plasseringer i kjeden.

12

15

16

16

rd

KjedemålsettingKjedemålsetting.

Totalmål og hjelpemål. For at totallengden på gjenstanden skal bli riktig, kan vi sløyfe ett av målene og sette på et totalmål. Vi bør da ute­late det målet som er minst viktig.

til

vu

Vi kan også sette parentes rundt ett av målene. Da blir det bare et hjelpemiddel som vi ikke skal arbeide etter.

16

12

15

16

75 (16)

Kjedemålsetting med totalmål og hjelpemål

Ku

n

Kjedemålsetting med totalmål og hjelpemål.

150

200

200

690

Senteravstander og dobbeltmål

Senteravstand og dobbeltmål.

150

Dobbeltmålsetting. På figuren ser du at vi har satt et kryss over det ene målet. Dette er dobbeltmålsetting fordi det kan regnes fram til målet når totallengden er oppgitt. Ett av målene skal derfor sløyfes eller settes i parentes.


Kapittel 4  /  Målsetting 321

20 18

10 x 20 ( = 200)

Forenklet kjedemålsetting

rd

Forenklet kjedemålsetting.

er in

Forenklet kjedemålsetting. Dersom en gjenstand har mange like mål etter hverandre, kan vi bruke forenklet kjedemålsetting. Flatstålet under er målsatt slik. Her er det ti like hullavstander med en innbyrdes avstand på 20 mm.

vu

Vinkeldeling. På enkelte detaljer kan det være behov for å sette på vinkelmål (grader) i stedet for millimetermål. Det kan vi for eksempel gjøre slik du ser på figuren under. Her er det fem hullavstander med 9° deling mellom hullene.

5 x 9° ( = 45°)

til

Målsetting av vinkeldeling

Målsetting av vinkeldeling.

Parallellmålsetting

n

Ved parallellmålsetting går alle mål ut fra en felles referanseflate eller målgrenselinje. Som nevnt foran har kjedemålsetting den svakheten at et avvik i kjeden får konsekvenser for etterfølgende plasseringer i kjeden. Ved parallell­ målsetting unngår vi dette. Her går alle målene ut fra den samme flaten. I eksemplet på neste side er det avstanden fra venstre kant og fram til hvert enkelt hull som er det viktigste, og derfor er det brukt en felles refe­ranse­flate. Det kan også være produksjonsmetoden som gjør at det er fornuftig å bruke slik målsetting, for eksempel ved datastyrt produksjon.

Ku

g

Senteravstander. Vi bruker kjedemålsetting også på senteravstander mellom hull, som vist ovenfor, men heller ikke her blir nøyaktigheten så stor.


322 DEL 4 ////

er in

g

Vanlig parallellmålsetting har flere mållinjer fra referanselinjen og fram til hvert enkelt hull. Det er denne metoden som brukes mest, for eksempel når det er mål som krever små toleranser. Det gir stor nøyaktighet.

Parallellmålsetting Parallellmålsetting.

vu

rd

Figuren nedenfor viser forenklet parallellmålsetting av en aksel: Målene gjelder fra refe­ranseflaten og fram til den enkelte pilspiss.

83

58 47

12 0

til

Forenklet parallellmålsetting.

Ku

n

På figuren nedenfor ser du en annen plassering av referanseflaten. Her er det en brystning (grenselinje 0) som er utgangspunktet. Det er med andre ord spesielt viktig for funksjonen til akselen at målene tar utgangspunkt her.

0 Parallellmålsetting med annen plassering av referanseflaten.


Kapittel 4  /  Målsetting 323

Risset på figuren kunne kanskje vært målsatt med forenklet parallell­ målsetting i begge retninger med den midterste målgrenselinja (0) som nullpunkt. Da ville vi spart plass og sluppet mange og lange mållinjer og mål­grense­linjer.

g

Koordinatmålsetting

er in

Koordinatmålsetting er egentlig en referanselinjemålsetting i to ret­ ninger. Denne metoden blir ofte brukt i forbindelse med programmering av datastyrte maskiner, for eksempel boremaskiner, freser, dreiebenker eller skjærebrennere. På figuren går målene ut fra to referanseflater, X og Y, som står i 90° vinkel på hverandre. Denne måten å målsette på sparer plass. I tillegg får vi en oversiktlig og ryddig tegning.

rd

Y ,5

,5

15

15

,5 13

X 200

,5 13

140

100

n

0

0

60

20

20

til

13

,5

60

180

13

,5

90

26

26

120

vu

11

15

,5

160

Ku

Koordinatmålsetting.

Måltallene for hull, akseretninger osv. kan oppgis i en tabell eller skrives i tilknytning til hvert punkt.

X = 70 Y = 80

3

X = 20 Y = 60

4 X = 80 Y = 40

X = 10 Y = 20

1 2 3 4

X Y 10 20 80 40 70 80 20 60

2 1

Måltallene kan settes inn i en tabell i tilknytning til hvert punkt.


324 DEL 4 ////

Metode 2 – Leseretning

g

Her ser du to riss der det er brukt en annen metode for plassering av mål. Da leser vi alle mål nedenfra. Mållinjer som ikke er horisontale, må vi da bryte for å få plass til tallene. Metoden brukes ofte på amerikanske tegninger. Se også risset med vinkelmålsetting.

er in

Når vi har valgt en metode, skal vi som sagt bruke den samme metoden på hele tegningen. Det gjelder også for valg av pilspisser. 60°

35

60°

45°

60°

15

30°

rd

(20)

60°

60°

Vinkelmålsetting med metode 2.

vu

Målsetting med metode 2.

30°

Repetisjon

1 Hvorfor er det viktig å skrive tydelig på en tegning?

2 Hvorfor bør du unngå å målsette skrålinjer?

til

3 Hva er en fas? 4 Hva betyr det at et hull er forsenket?

Ku

n

5 Hva kjennetegner en kjedemålsetting? 6 Fra hvilke retninger skal du lese en tegning som er målsatt etter metode 1?


g er in

5 Symboler for mål og form

rd

Aktuelle standarder

vu

NS-1413: 1985, NS-1418: 1972, NS-1420: 1987, NS-1428: 1982, NS-1429: 1985, NS-ISO 2768–1:1989, NS-ISO 2768–2:1989, NS-EN ISO 1302: 2002, NS- EN ISO 1660: 2017 og NS-EN ISO 5261: 1999

til

Det blir brukt mange typer symboler på tegninger. Det gjør vi for å forenkle tegnearbeidet. Symbolene må imidlertid være standardiserte, slik at alle kan forstå dem på samme måte. Her skal vi forklare de vanligste symbolene.

Formen på detaljen

Ku

n

Diameter ∅. Det mest brukte symbolet på tegninger er sannsynligvis diametertegnet. Tegnet viser at formen er rund. Tallet som står etter tegnet, viser størrelsen på diameteren. Det er ofte unødvendig å tegne mer enn ett riss når det målsettes med diametertegn.

Diameter.


326 DEL 4 ////

Kvadrat □. Gjenstander som har kvadratisk form, angir vi med symbolet for kvadrat dersom formen ikke er tydelig vist.

er in

g

Krysset på tegningen betyr at det er en flate som vender mot deg.

Kvadrat.

Radius R. Radien på en gjenstand skal alltid angis med bokstaven R og et tall som viser størrelsen på radien.

R1

rd

0

På sirkelbuer som har så stor radius at de kan forveksles med en rett linje, må du skrive ordet «bue» foran måltallet.

Bue 30

vu

R8

Radius og bue.

Sfærisk form S. Gjenstander med sfærisk form (kuleform) skal alltid angis med symbol for sfærisk diameter eller sfærisk radius.

S 18

Sfærisk form (kule).

Profilstål. Profilstål som vinkeljern kan vi målsette med et profilsymbol foran målene.

55

L 75 x 55 x 9 9

Ku

n

SR 30

til

S∅ = sfærisk diameter SR = sfærisk radius

75

Profilstål.


Kapittel 5  /  Symboler for mål og form 327

Angivelse av sveis

er in

Symbolet med sirkel på linja betyr at det skal sveises rundt, og her skal det sveises med en kilsveis.

rd

Symbol for sveis.

Overflatebeskaffenhet

vu

Vi bruker symbolet som er vist, når det stilles spesielle krav til en over­ flate. Det kan for eksempel være bestemte krav til hvor grov overflaten kan være, hvilken behandling den skal ha, eller krav til produksjonsmetode.

Eksemplet viser at overflaten skal dreies (turned), og at overflateruheten ikke må være større enn 2,5 µm målt med metode Ra.

n

til

turned Ra 2,5

Ku

g

Sveiseforbindelser blir også angitt med symboler, nemlig et grunn­ symbol og et tilleggssymbol. Det skal vi komme tilbake til.

Symbol for overflatebeskaffenhet.


328 DEL 4 ////

Toleranser Toleranse ±. Hensikten med toleranse er å fortelle hvor nøyaktig opera­ tøren må lage en gjenstand.

er in

g

Her ser du at det står 60 ± 0,1. Det betyr at basismålet (utgangspunktet) er 60 mm, men at vi tolererer et mål som er 0,1 mm større og 0,1 mm mindre. Dermed kan vi komme fram til disse opplysningene:

rd

Basismålet = 60 mm Øvre grensemål = 60 mm + 0,1 mm = 60,1 mm Nedre grensemål = 60 mm – 0,1 mm = 59,9 mm Toleransen = 60,1 mm – 59,9 mm = 0,2 mm

vu

60 ± 0,1

Toleranse.

Ku

n

30 h7

til

Kodet toleranse (ISO-toleransesymboler). Denne formen for toleranse­ setting bruker vi ofte når det er krav om stor nøyaktighet.

Eksempel på kodet toleranse.

∅ = diametertegn og viser at det er sylindrisk form 30 = basismål h = kode for plassering av toleransen 7 = kode for størrelsen på lovlige avvik


Kapittel 5  /  Symboler for mål og form 329

Verdien for disse kodene må vi finne i Verkstedhåndboka eller i ISOtoleransetabellene.

0,1

Repetisjon

vu

1 Hva betyr symbolene ∅, R, S∅ og SR?

rd

Eksempel på symbol for geometrisk toleranse.

2 Hva betyr dette symbolet? Ra 3,2

n

til

3 Hva betyr målsettingen ∅50 ± 0,2?

Ku

er in

I eksemplet nedenfor skal de to flatene ikke avvike mer i parallellitet enn 0,1 mm.

g

Geometriske toleranser. Når du ser symboler som er plassert i firkant­ ede rammer med to eller tre felter, gjelder det toleranser for form, retning, beliggenhet eller kast.


g rd

Aktuelle standarder

er in

6 Gjenger

vu

NS-EN ISO 6410–1:1996, NS-EN ISO 6410–2:1996 og NS-EN ISO 6410–3:1996

til

Her ser du hvordan vi tegner gjenger for å få et tilnærmet fotografisk utseende. Slik tegner vi sjelden på tekniske tegninger, og hvis vi tegner slik, er det som regel i forbindelse med reklame.

Ku

n

Utvendig gjenge

Innvendig gjenge

Vi tegner ikke gjenger slik på tekniske tegninger.

En utvendig gjenge skal tegnes slik at den ser ut som en vanlig høyregjenge. En innvendig gjenge skal tegnes slik at den ser ut som en venstregjenge.


Kapittel 6  /  Gjenger 331

På tekniske tegninger bruker vi heller rette linjer med linjetype fin hel­linje. Linjeavstanden skal da være minst 2 x linjetykkelse og aldri under 0,7 mm.

Innvendig gjenge

rd

Utvendig gjenge

er in

Legg merke til hvilken vei skrålinjene på gjengene er tegnet. På denne måten ser vi tydelig hvor langt skruen er skrudd inn i hullet.

g

Tegningen nedenfor viser en skrue som er delvis innskrudd i et gjenget hull.

vu

Det tar mye tid å tegne gjenger med de metodene som er vist ovenfor. Vi skal nå se på en enklere metode, slik som du oftest vil se gjenger tegnet på verkstedet. I slike tilfeller tegner vi gjengetopp med grov hellinje, og gjengebunn med fin hellinje.

til

Gjengetopp er den delen av gjengen du kan ta på. Det tilsvarer storediameteren på en skrue og lillediameteren i en mutter.

Utvendig og innvendig gjenge Utvendig gjenge

Ku

n

Tegningen til høyre viser en skrue som er tegnet i to riss. I begge rissene er gjengetoppen tegnet med grov hellinje, og gjengebunnen er tegnet med fin hellinje. I risset sett fra venstre ser du gjengene fra enden. Da bruker vi en 3/4 sirkel med fin hellinje for å vise gjengene. Uten fin hellinje ville det se ut som om det bare var et hull eller en akseltapp. Utvendige gjenger.

Sett fra venstre


332 DEL 4 ////

Innvendig gjenge Når vi tegner hull som er gjenget og vist innvendig (gjennomskåret), bruker vi også fin hellinje.

er in

g

Legg merke til risset sett fra venstre. Her kommer grov hellinje innerst.

Gjennomskåret

Sett fra venstre

rd

Også her er gjengetoppen tegnet med grov hellinje, mens gjengebunnen er tegnet med fin hellinje.

Gjengeforbindelse

vu

Når vi skal vise en skrue som er skrudd inn i et gods (mutter), tegner vi som vist nedenfor. En massiv skrue skal aldri snittes. Mutterdelen er vist gjennomskåret. Skruen er tegnet hel fordi det ikke er interessant å vise det som er innvendig. Du lærer mer om dette når vi begynner med snitt.

Ku

n

til

Legg spesielt merke til plasseringen av den grove og den fine linja på henholdsvis innvendige og utvendige gjenger.

En skrue som er delvis skrudd inn i et gjenget hull.


Kapittel 6  /  Gjenger 333

Detaljer på utvendig gjenge

er in

X

Gjengelengde

Gjengelengde

rd

Detaljer på en utvendig gjenge.

Storediameter

Lillediameter

g

Her skal vi definere noen detaljer. Størrelser finner du i tabeller. Alle størrelsene må være helt nøyaktige på DAK-tegninger som vi skal bruke til automatisk programmering av verktøymaskiner. Tabeller i Verksted­ håndboka kan være til god hjelp for å finne verdiene.

vu

Storediameter er den utvendige diameteren på gjengen. På manuelle tegninger er den lik skruens nominelle diameter. Storediameteren er egentlig litt mindre enn den nominelle størrelsen. For eksempel har nominell diameter M20 en storediameter som er litt under 20 mm.

Lillediameter er det samme som bunndiameteren på skruen. På manuelle tegninger og på små gjenger overdriver vi differansen mellom store- og lillediameter for å kunne se åpningen mellom dem.

til

Gjengeutgang (X) finnes på alle skruer. Den oppstår av seg selv og har forskjellig størrelse alt etter hvilken produksjonsmetode som er brukt. Den skal ikke tegnes med mindre den har direkte betydning for funksjonen.

Gjengerille

Ku

n

Gjengelengde er den lengden der gjengen har full dybde. Legg merke til at fas og gjengerille inngår i gjengelengden.

Fas

Gjengelengde

Gjengelengde.

ikke tegn fas her


334 DEL 4 ////

Fas er en 45° skråkant som styrker gjengeinngangen. Den minste dia­meteren på fasen skal være lik eller litt under lillediameteren for skruen. Den blir bare tegnet på risset av skruen sett fra siden. Vi skal altså ikke tegne fas på risset av skruen sett fra enden, ellers vil vi ikke få markert lillediameteren.

er in

g

Gjengerille er et avslutningsspor på skruen. Hensikten er å kunne skru mutteren helt inn til en ansats. Formen på gjengerillene svekker skruen minimalt selv om tverrsnittet på skruen er redusert. Dybden og bred­den er avhengig av hvor grove gjengene er. Du finner mer om dette i Verksted­­ håndboka.

Detaljer på innvendig gjenge

Skjult gjenge blir tegnet med fin stiplet linje.

Storediameter tilsvarer gjengetopp, og lillediameter tilsvarer gjenge­ bunn. (Gjengebordiameter er litt større enn lillediameter fordi gjengen valses litt under produksjonen.)

Nøkkelvidde

rd

Innvendig skjult gjenge.

=

=

Til venstre er det tegnet en mutter, og nedenfor er det en skrue som er skrudd inn i gods.

vu

=

Detaljer på sammenstilte gjenger

=

Nøkkelvidden er standardisert, og størrelsen er i forhold til gjenge­ størrelsen. Nøkkelvidden finner du også i tabeller.

Hjørnevidde

30°

til

1 Skruer, muttere og underlagsskiver tegner vi ikke i skravert snitt.

2 Underlagsskiver plasserer vi under skruehoder eller muttere, det vil si der de blir trukket til.

2

3 Frihull tegner vi vanligvis ikke i teknisk tegning. Ønsker vi likevel å vise et frihull, skal vi tegne det sterkt overdrevet for å vise at det er viktig at frihullet er større enn skruen.

Ku

n

1

3

4

5 6 7

4 Gjenger tegner vi bare gjennomskåret når det er nødvendig å vise innvendige gjenger. 5 Gjengene må være litt dypere i hullet enn skruen. Det er for at skruen ikke skal gå i bunnen. 6 Gjengeboret skal gå så dypt at effektiv gjengelengde er sikret. 7 Borspissvinkelen er vanligvis 118°, men forenklet tegnepraksis tilsier 120°.


Kapittel 6  /  Gjenger 335

Målsatt gjenge

52

er in

M24

Metriske gjenger skal minimum inneholde gjengetype og nominell diameter. I tillegg kan det også være oppgitt stigning, antall innganger, toleranse, gjengeretning, gjengelengde, gjengebor, boredybde og antall.

vu

rd

Tegningen viser en skrue som skal gjenges med grove M24-gjenger. Fordi gjengeretningen ikke er oppgitt, er dette en høyregjenge. Med retning på gjenger mener vi hvilken vei vi må skru for å trekke til mutteren.

M24–RH

til

M24–LH

M24–RH

36,5

M24–LH

Ku

n

LH trekkes til mot urviseren. LH er en forkortelse for det engelske uttrykket «left hand». RH trekkes til med urviseren. RH er en forkortelse for det engelske uttrykket «right hand». Det er RH som blir mest brukt.

52

g

I Norge bruker vi vanligvis gjenger basert på det metriske systemet.

52

Hvis begge retninger finnes på samme tegning, skal både RH og LH med i målsettingen.


336 DEL 4 ////

På figuren til venstre ser du en forenklet målsetting av innvendige M16-gjenger med gjengedybde 20 mm. Det er ikke vanlig at diameteren på gjengebor oppgis, fordi vi kan finne den i tabeller.

M16x20/ 14x30

M16

rd

30

20

20

er in

M16

g

På de to neste figurene ser du en detaljert målsetting og forenklet detaljert målsetting av den samme gjengen. Her skulle det ikke være tvil om hvordan konstruktøren vil ha det.

14

Detaljert målsetting av innvendige M16-gjenger.

Forenklet detaljert målsetting av innvendige M16-gjenger.

vu

Innvendige M16-gjenger.

til

På figurene nedenfor ser du flere eksempler på målsetting av gjenger. Dette er grovgjenger fordi stigningen ikke er oppgitt.

M6

M6x20

M6x20/ 4,8x20

Ku

n

M6

M6

M6x20

M6

Eksempler på målsetting av gjenger.

M6x20/ 4,8x20


Kapittel 6  /  Gjenger 337

er in

M10 x 0,75 M = metrisk gjenge 10 = nominell diameter 10 mm 0,75 = stigning 0,75 mm (dette er fingjenger fordi stigningen er oppgitt)

rd

MF10 x 0,75 Samme gjenge som ovenfor, men her er F (for fingjenger) oppgitt. TR 40 x 7 TR = trapesgjenge 40 = nominell diameter 40 mm 7 = stigning 7 mm

vu

1 – 8 UNC 1 = nominell diameter 1 tomme (25,4 mm) 8 = antall gjenger per tomme UNC = unified grovgjenger (C = grov, fra engelsk coarse) ¾– 16 UNF ¾ = nominell diameter ¾ tomme (19,05 mm) 16 = antall gjenger per tomme UNF = unified fingjenger (F = fin, fra engelsk fine)

til

R 1½ R = rørgjenger 1½ = nominell diameter 1½ tommer (38,1mm)

n

Nominell diameter tilsvarer innvendig rørdiameter (etter gammel standard) på røret som skal gjenges utvendig. BSP 1½ «British standard pipe». Disse passer sammen med vanlige rørgjenger som vist ovenfor.

Ku

g

Eksempler på gjengebetegnelser M6 M = metriske gjenger 6 = nominell diameter

NPT 1½ «National pipe threads». Her må du være forsiktig. Stigningen er forskjellig fra vanlige rørgjenger. NPT har 11½ gjenger/tomme der vanlige rørgjenger har 11 gjenger/tomme. Til daglig kalles NPTgjenger for «amerikanske rørgjenger».


338 DEL 4 ////

Bruk av gjengetabeller

g

På tommegjenger oppgir vi stigningen i antall gjenger per tomme, mens vi oppgir stigningen i millimeter fra gjengetopp for metriske gjenger. Tabeller for vanlige gjenger og for toleransesatte gjenger kan du finne i Verkstedhåndboka og i Norsk Standard.

er in

Prioritet

Vi anbefaler å bruke metriske gjenger på alle nye konstruksjoner. Da er det også mest hensiktsmessig å bruke gjenger av første prioritet. Vi bør unngå gjengedimensjoner av høyere prioritet fordi skruer og muttere er dyrere, og de kan i tillegg være vanskelige å anskaffe.

rd

Eksempel på første prioritet: M6, M8, M10, M12, M16. Eksempel på høyere prioritet: M7, M9, M11, M14.

I gjengetabeller er gjengedimensjonene av første prioritet merket.

vu

På nye konstruksjoner bør vi ikke bruke tommegjenger, men det finnes fortsatt mange eldre og utenlandske konstruksjoner som har forskjellige typer tommegjenger. Derfor er det viktig at du også kjenner disse gjenge­typene.

til

Repetisjon

1 Hvilken linje brukes til å tegne gjengebunn?

2 Hvilken linje brukes til å tegne gjengetopp?

Ku

n

3 Hva mener vi med storediameter på utvendige metriske gjenger? 4 Hva mener vi med gjengelengde på utvendige gjenger? 5 Hva er hensikten med fas på gjengeinngangen? 6 Hva er hensikten med gjengerille på utvendige gjenger? 7 Hva mener vi med et frihull?

8 Hva mener vi med nøkkelvidde på en skrue? 9 Hvor finner du gjengetabeller?


g rd

Aktuelle standarder

er in

7 Snitt

Snittflate

vu

NS-ISO 128–40:2001, NS-ISO 128–44:2001, NS-ISO 128–50:2001 og NS- EN ISO 5261: 1999

til

Med snitt mener vi gjennomskjæring. Når vi tegner en gjenstand i snitt, får vi vist hvordan den ser ut innvendig. Dersom du deler en appelsin i to, kan vi si at du har gjort et snitt tvers gjennom appelsinen. Du må tenke på en spesiell måte når du tegner i snitt. Vi har sammen­ liknet det med å dele en appelsin, men når det gjelder stål, er det mer naturlig å tenke seg at vi deler gjenstanden med et tynt sagblad.

n

Linja der vi tenker oss at snittet (eller saga) skal gå, kaller vi snittlinje.

Ku

Den delen som vi tenker at vi har sagd av og delt fra, velter vi over. Da ser vi snittflaten. Vi markerer snittflaten med skraveringslinjer.

Snittflate


340 DEL 4 ////

Snitt i ett plan

Riss

På figuren har vi tegnet gjenstanden i riss som viser snittlinja og snittet. Som du sikkert forstår, har vi ikke sagd den av på midten, det er bare noe vi tenker oss.

g

Snittlinja er tegnet med grov strekpunktlinje utenfor risset, og den er forlenget med fin strekpunktlinje i risset.

er in

Snittflaten tegner vi normalt med fine hellinjer i 45° vinkel i forhold til konturlinje eller symmetrilinje. Vi kaller dette skravering, og det skal forestille merker etter saga. Det blir ikke sagmerker i hullene, så dem skraverer vi ikke.

Snitt i ett plan.

Snitt i to eller flere plan

rd

På tegningen ser du at snittlinja skifter retning flere ganger. Det er gjort for å få vist alle hullene i ett og samme snitt. Legg merke til at snittlinja går i samme retning gjennom alle hullene, og at den er tegnet med grov hellinje der den skifter retning.

vu

Vi sier at snittet er tegnet i tre plan fordi snittlinja går gjennom tre parallelle plan.

Ku

n

til

Ved snitt i to eller flere plan blir det en strek ekstra der snittlinja skifter retning. Disse strekene skal ikke tegnes i snittflaten.

Snitt i tre plan.

Konturer som ikke skal tegnes


Kapittel 7  /  Snitt 341

Snitt med skjæring til sentrum (kakesnitt)

Vi tegner ikke to snitt for å få vist begge hullene i skiva nedenfor. B A

B

A

Snitt A-A

Snitt B-B

Snitt C-C

er in

C

C

rd

Snitt C–C viser begge hullene i et og samme snitt.

a Ta bort kakestykket.

vu

I slike tilfeller tegner vi snittlinjene C–C gjennom sentrum av begge hull med vendepunkt i sentrum av skiven. Snittet C–C er da «flattrykt», og vi sier at det er tegnet i to plan. Slik kan du tenke:

til

b Drei begge snittflatene bakover, slik at de blir liggende i ett og samme plan.

Flere snitt i samme gjenstand

n

Når det er flere snitt på en tegning, merker vi hvert snitt med bokstaver som svarer til dem du finner på pilene. Norsk Standard bruker bokstaver på nesten alle snitt. De er bare utelatt når snittet er plassert etter vanlig projeksjonsmetode, og det ikke kan oppstå misforståelser.

Ku

g

Når et snitt går gjennom en sylindrisk gjenstand, følger snittlinja som regel radien inn til sentrum av gjenstanden. Se de fire rissene til høyre nedenfor.

Når pilene på hver snittlinje er merket med bokstaver, behøver vi ikke å plassere snittet etter den vanlige veltemetoden. Da kan vi plassere snittene hvor som helst på tegningen, og gjerne der det er best plass.

a

b


342 DEL 4 //// B

C-C

C

er in

g

B-B

B

C

Flere snitt i samme gjenstand. Legg merke til at snittlinja er vist med grov strekpunktlinje, og at den fine strekpunktlinja mangler.

rd

Nedenfor ser du en aksel med flere snitt i samme gjenstand. De er flyttet ut i en rekke til høyre. Disse snittene kunne vært plassert hvor som helst på tegningen fordi de har bokstaver som identifiserer dem.

vu

Legg merke til snitt A–A (nedenfor). Her skulle det egentlig vært et par ringer uten­for snittet, men når det er selve snittflaten som er interes­ sant, kan vi utelate dem. Vi tenker da at det kuttes ut en tynn skive som veltes mot høyre. B

C

D

A

B

C

D

A-A

B-B

C-C

D-D

til

A

Utflyttede snitt.

Ku

n

Utflyttet snitt

Halvsnitt.

Her ser du samme gjenstand som ovenfor. I et utflyttet snitt er snittene plassert like under, eller over, hver sin snittlinje. Da er bokstaver unødvendig.

Halvsnitt Som det går fram av navnet, er halve gjenstanden vist som snitt. Her tenker vi oss at vi skjærer ut en firedel av gjenstanden. På denne måten får vi vist formen på gjenstanden både utvendig og innvendig i et kombinert riss og snitt. Nærmest ser du gjenstanden tegnet i halvsnitt. Legg merke til at alle innvendige konturer strekker seg opp til senter­linja. På samme måte strekker alle utvendige konturer seg ned til senterlinja.


Kapittel 7  /  Snitt 343

Partielle snitt (lokale snitt)

Partielle snitt.

Langsgående ribber

er in

Hensikten er å vise bare en liten del av risset som snitt. Dermed sparer tegneren både plass og tid. Vi markerer snittlinja med en fin frihånds­ linje eller en fin hellinje med sikksakk (DAK-tegning).

til

vu

rd

Når vi tegner en gjenstand i snitt, skraverer vi ikke alltid hele snittflaten. I de fleste tilfeller blir tegningen tydeligere om vi tegner deler av snittet som om det var helt. Dette er vist nedenfor med et glidelager, der snittet går i lengderetningen gjennom to ribber. Her er regelen at langsgående kompakte ribber (uten innvendige hulrom) ikke skal snittes.

Langsgående ribbe skal ikke snittes (skraveres).

n

Skruer og pinner i snitt Kompakt gods som skruer, pinner, nagler, kiler osv. skal ikke snittes. Her er hensikten å gjøre snittet så tydelig og oversiktlig som mulig. Det oppnår du best ved å vise skruer o.l. som om de var hele.

Ku

g

En annen måte å tegne snitt på er å tegne et partielt snitt (parti = del).

Skruer, pinner, nagler osv. skal ikke snittes (skraveres).


344 DEL 4 //// Skravering samme vei

Skravering av metalliske materialer

°

45 45°

g

45°

Vi bruker forskjellige skraveringer for å skille mellom ulike materialer. Skraveringslinjene for metaller skal tegnes med fine skråstilte hellinjer, og vi tegner dem parallelle. Vinkelen er som regel 45° med symmetri­ linja eller en konturlinje.

Skravering i 45 grader med symmetri­linje.

Skravering samme vei

45° 45°

rd

45°

er in

Gods som er sammenhengende, skal alltid være skravert den samme veien. Se eksemplet med innerring og ytterring på et kulelager.

Gods som henger sammen, skal skraveres samme vei.

vu

Når et snitt går gjennom flere detaljer samtidig, skiller vi snittflatene fra hverandre ved å skravere i forskjellige retninger og med forskjellig avstand mellom linjene. Avstanden skal være minimum 0,7 mm.

til

Små detaljer skraverer vi tettere enn store flater, mens tynt gods kan farges svart. På store flater er det nok med skravering i ytterkantene. Vi kan også lage utsparing i skraveringen for skrift.

Ku

n

Små detaljer skraverer vi tettere enn store flater, mens tynt gods kan farges svart.

Repetisjon

1 Hva er et snitt? 2 Hva er hensikten med å tegne snitt? 3 Hva bør du huske på når det gjelder skravering? 4 Hvilke regler har vi for tegning av skravering? 5 Hva er det som ikke skal skraveres i en sammenstilling? 6 Hva er hensikten med å tegne partielt snitt?


g er in

8 Forenklet tegnemåte

rd

Aktuelle standarder

vu

NS 1436: 1977, NS-ISO 128–34:2001, NS-EN ISO 2203: 1997, NS- EN ISO 6410- 2:1996, NS-EN ISO 6410–3:1996, NS-EN ISO 6411: 1997, NS-EN ISO 8826–1:1995, NS-EN ISO 8826–2:1997

til

Hensikten med å tegne forenklet på håndtegning er å spare arbeid, og samtidig kan det i flere tilfeller gi et klarere totalbilde. I dag, med DAKtegning, er det mindre arbeidsbesparende å tegne forenklet, men det kan fortsatt gi et klarere og enklere bilde.

Ku

n

Det finnes ikke noen enkeltstandard som tar for seg alle forenklinger. Detaljer kan vi derimot finne i flere standardblad. I tillegg finnes det flere innarbeidede forenklinger som ikke er standardiserte. Det blir for om­fattende å vise alle forenklinger i denne boka, men vi henviser til standardbladene der de enkelte eksemplene er hentet fra.

Skruer

Når vi velger standardskruer, kan vi tegne bare en senterlinje med henvisningslinje og posisjonsnummer. Dette posisjonsnummeret finner du igjen i stykklista med opplysninger om dimensjonen på skruen osv.

3


346 DEL 4 ////

Gjengeinnsatser Figuren viser to plater som er skrudd sammen med en sekskantskrue. I den underste platen er det satt inn en gjengeinnsats. Den har fine metriske gjenger med stigning på 1,5 mm. (Gjengeinnsats kan du for eksempel bruke hvis du ødelegger gjengene til tennpluggen på mopeden.)

Forenklet tegning av gjengeinnsats. Basert på NS-EN ISO 6410–2:1996.

Tannhjul

er in

g

M30x1,5 INS

Å tegne et tannhjul med alle tennene er svært tidkrevende. Skulle det være nødvendig å vise tannformen, er det oftest nok å tegne bare én tann.

vu

rd

Vi kan tegne en utveksling som vist nedenfor, men den er ofte tegnet ved hjelp av strekpunktlinjer som ruller mot hverandre.

Forenklet tegning av utveksling.

Ku

n

til

Tannhjul med tannform inntegnet.

Utvekslinger tegnet i både riss og snitt. Legg merke til tannformen på rissene til høyre, basert på NS-EN ISO 2203: 1998.


Kapittel 8  /  Forenklet tegnemåte 347

Kjededrift og reimdrift

er in

g

Når vi tegner kjedeoverføringer eller reimoverføringer forenklet, tegner vi kjeden eller reima som fin strekpunktlinje og toppdiameteren med grov hellinje. Legg merke til at sentrum av kjedet eller reima går i samme radius som den midterste sirkelen.

Kjededrift, basert på NS-EN ISO 2203: 1998.

Kjededrift eller reimdrift sterkt forenklet.

rd

I noen tilfeller vil du finne kjedehjul og kjede, eller reimskive og reim, tegnet bare med strekpunktlinjer.

Pyramide

vu

Vi kan forenkle en pyramide til et riss. Det gjør vi ved hjelp av kryss på flaten og målsetting med symbol for konisitet eller stigning. (Når det er lik skrå på to motsatte sider, så er konisitet 1 : 5 lik som stigning 1 : 10.) 1:10

til

1:5

n

Forenklet tegning av pyramide, basert på NS 1436: 197.

Ku

Målsettingen til venstre viser konisitet. Til høyre er det stigningen som er målsatt.


348 DEL 4 ////

Rullingslager

g

Kulelager, rullelager og nålelager kan tegnes forenklet, slik du ser til venstre i tabellen nedenfor, eller de kan tegnes mer detaljert, slik som i kolonnene til høyre. Detaljer om hvilket kulelager som skal benyttes, vil du finne i stykklista på tegningen.

er in

Rullingslager kan også tegnes som snitt. Da er regelen slik at innerste ring skal skraveres motsatt vei av ytterste ring, og samtidig skal en og samme ring skraveres i samme retning på begge steder.

Øverst på neste side ser du et snitt av en senterspiss. På den øvre delen er lagrene tegnet forenklet. På nedre del er lagrene tegnet som snitt.

Utvendig ring skravert samme vei både oppe og nede, og motsatt vei for innvendig ring begge plasser.

Applicationn

Detailed simplified reptesentation

vu

Illustration1) and reference2)

3.1

Deep groove ball bearing, singel row ISO 15, ISO 8443 Insert bearing ISO 96 9628

til

3.2

Illustration1) and reference2)

Cylindrical roller bearing, single row ISO 5

Cylindrical roller bearing, single row ISO 15

Ku

n

Deep groove ball bearing, singel row ISO 15

3.3

Roller bearings

rd

Ball bearings

Rullingslager, basert på NS-EN ISO 8826–2:1998.

Spherical roller bearing, single row ISO 15


er in

g

Kapittel 9  /  Måltoleranser 349

Senterspiss med rullingslager, basert på NS-EN ISO 8826–2:1998. Øvre del av senterspissen har lager som er tegnet svært forenklet.

Tetningsring (simmerring)

rd

Tetningsringer har til oppgave å tette så godt at olje eller annen væske ikke kan trenge ut. Selve tetningsleppa skal innover mot væsketrykket. Når oljen trykker mot leppa, presses leppa ned mot akselen og tetter for lekkasje. Det er derfor svært viktig at tetningsringen blir montert riktig vei.

vu

Det finnes flere typer tetningsringer. Se i stykklista på tegningen.

Ku

n

til

Nedenfor ser du figur av en akseltapp med tetningsring og kulelager. På den øvre delen er det tegnet forenklet. På nedre del er det tegnet som snitt.

Akseltapp med kulelager og tetningsring, basert på NS-EN ISO 8826–2:1998.


350 DEL 4 ////

Ubestemte overganger, innovervendte Når linjer møtes i hulkiler og radier, blir det ingen skarpe overganger. Typiske eksempler på slike ubestemte overganger er den støpte rør­ delen du ser på figuren.

g

Vi markerer ubestemte overganger med en fin hellinje i et tenkt skjærings­punkt mellom de rette linjene (eller buene) som er avrundet.

rd

er in

Legg merke til at linja ikke er tegnet helt ut til konturen.

Ubestemte overganger.

vu

Ubestemte overganger, utovervendte Når kanter avrundes, oppstår det en ubestemt overgang på samme måte som ovenfor.

til

Her er regelen at vi skal tegne grov hellinje i skjæringspunktet mellom de linjene som er avrundet.

Ku

n

På figurene er det tegnet en overføringslinje. Den bør vi utelate med mindre den letter forståelsen av tegningen.

Ubestemte overganger, basert på NS-ISO 128–34:2002.

Repetisjon 1 Hva er hensikten med å tegne forenklet? 2 Hvor finner du regler for forenklet tegnemåte?


g rd

Aktuelle standarder

er in

9 Måltoleranser

vu

NS-1413: 1985, NS 1564: 1976, NS-ISO 2768–1:1989, NS-ISO 2768–2:1989, NS-EN ISO 286–1:2010, NS-EN ISO 286–1:2010/AC:2013, NS- EN ISO 286– 2:2010, NS-EN ISO 286–2:2010/AC:2013, NS- EN ISO 13 920: 1996 og NS- EN ISO 1660: 2017

til

Hensikten med toleranser er å fortelle operatøren hvor nøyaktig en gjenstand må lages. Når vi skal målsette med toleranse, kan vi velge mellom forskjellige metoder.

Direkte toleransesatte mål

Ku

n

Direkte toleransesatte mål vil si at verdier skrives direkte på mållinja. Metoden brukes til både maskinerte deler, sammenstilte deler og sveiste deler. Sporet du ser i detaljen til høyre, skal bearbeides innenfor to grense­­ mål. Partiet på den ene siden av sporet har vi farget svart. Det viser toleransen. Toleranse er altså forskjellen mellom øvre grensemål og nedre grense­ mål. En stor toleranse vil si at vi ikke trenger å være så nøyaktige som ved en liten toleranse.

Øvre grensemål Toleranse

Nedre grensemål


352 DEL 4 ////

Uttrykk for lineære mål • Basismål er utgangspunktet for målet.

g

• Øvre avvik er hvor mye målet kan avvike oppover i forhold til basismålet (skrives øverst).

er in

• Nedre avvik er hvor mye målet kan avvike nedover i forhold til basismålet (skrives nederst). • Øvre grensemål = basismål + øvre avvik.

• Nedre grensemål = basismål + nedre avvik.

EKSEMPEL

Utredning av målet ∅50 ± 0,2: ∅ = Tegn for diameter Basismål = 50 mm Øvre avvik = 0,2 mm Nedre avvik = –0,2 mm

vu

Tre måter å vise samme mål på

rd

• Toleranse = øvre grensemål – nedre grensemål.

til

Øvre grensemål = 50 mm + 0,2 mm = 50,2 mm

50+0,2 -0,2

Øvre avvik Nedre avvik

Basismål

50±0,2

Nedre grensemål = 50 mm +(–0,2) mm = 49,8 mm

Dette er samme målsetting som ovenfor vist på en annen måte

Ku

n

Toleranse = 50,2 mm – 49,8 mm = 0,4 mm

50,2 49,8

Øvre grensemål Nedre grensemål


Kapittel 9  /  Måltoleranser 353

Generelle toleranser

Toleranse for ikke spesielt tolleransesatte mål NS-ISO 2768-1 Middels

Når det henvises til generelle toleranser, må både standard­ nummer og grad av toleranse oppgis. Det finnes nemlig flere standarder med forskjellige grader av toleranse.

g

30°

NS-ISO 2768–1 Generelle toleranser

100

er in

Del 1 Toleranser for ikke-toleransesatte lineære mål og vinkelmål

Denne standarden brukes til å angi generelle toleranser for maskineringsmål.

rd

0

R2

Figuren viser en tegning med henvisning til NS-ISO 2768–1 middels. Når denne standarden er oppgitt, gjelder den for alle mål som ikke er toleransesatte. Med alle mål mener vi både lengder, radier og vinkler. Det er på den måten tre forskjellige tabeller i NS-ISO 2768–1.

I NS-ISO 2768–1 finner du regler for hvordan du bruker tabellen. Her gjennomgår vi bare målene som er hentet fra tegningen.

Plateform. Toleranse for ikke spesielt tole­ ransesatte mål ifølge NS-ISO 2768–1 Middels.

vu

Tabellene er inndelt i fire rader med disse nøyaktighets­­­gradene: «fin», «middels», «grov» og «meget grov». I tillegg er det åtte kolonner med mål «over» og «opptil». I krysningen mellom riktig rad og kolonne finner du tillatte avvik. Vi finner først toleransen for lengden med denne tabellen:

til

Tabell 1 – Tillatte avvik for lineære mål unntatt utvendige radier og faser. Mål i mm Nøyaktighetsgrad Tolerance class

Tillatte avvik for basisområde Permissible deviations for basic size range 0,51) opp til / up to 3

Over 3 opp til / up to 6

Over 6 opp til / up to 30

Over 30 opp til / up to 120

Over 120 opp til / up to 400

Over 400 opp til / up to1000

f fin/fine

±0,05

±0,05

±0,1

±0,15

±0,2

±0,3

±0,5

m middels/medium

±0,1

±0,1

±0,2

±0,3

±0,5

±0,8

±1,2

±2

c grov/coarse

±0,2

±0,3

±0,5

±0,8

±1,2

±2

±3

±4

v meget grov / very coarse

±0,5

±1

±1,5

±2,5

±4

±6

±8

Ku

n

Betegnelse Designation

Over 1000 Over 2000 opp til / opp til / up to 2000 up to 4000

1) For nominelle mål under 0,5 mm skal avvikene angis ved siden av det (de) aktuelle nominelle mål. For nominal sizes below 0,5 mm, the deviations shall be indicated adjacent to the relevant nominal size(s).


354 DEL 4 ////

Lengden 100 mm. Følg raden «middels» til du er i kolonne «over 30 opp til 120». Avvikene er ± 0,3 mm.

er in

g

Utregnet får vi: Øvre grensemål = 100,3 mm Nedre grensemål = 99,7 mm Toleranse = 100,3 mm – 99,7 mm = 0,6 mm

Så finner vi toleransen for radien med denne tabellen:

Tabell 2 – Tillatte avvik for utvendige radier og faser. Mål i mm Nøyaktighetsgrad Tolerance class

f fin/fine

0,51) opp til / up to 3

Over 3 opp til / up to 6

Over 6

±0,2

±0,5

±1

±1

±2

rd

Betegnelse Designation

Tillatte avvik for basisområde Permissible deviations for basic size range

m middels/medium

vu

c grov/coarse

v meget grov / very coarse

±0,4

til

1) For nominelle mål under 0,5 mm skal avvikene angis ved siden av det (de) aktuelle nominelle mål. For nominal sizes below 0,5 mm, the deviations shall be indicated to the relevant nominal size(s).

Ku

n

Radien 20 mm. Følg raden «middels» til du er i kolonne «over 6». Avvikene er ± 1 mm. Utregnet får vi: Øvre grensemål = 21 mm Nedre grensemål = 19 mm Toleranse = 21 mm – 19 mm = 2 mm


Kapittel 9  /  Måltoleranser 355

Til slutt finner vi toleransen for vinkelen med denne tabellen: Tabell 3 – Tillatte avvik for vinkelmål. Mål i mm og avvik i grader og minutt Tillatte avvik for lengdeområder, i mm, av det korteste vinkelbeinet Permissible deviations for ranges of lengths, in millimetres, of the shorter side of the angle concerned

f fin/fine m middels/medium c grov/coarse v meget grov / very coarse

Opp til / up to 10

Over 10 opp til / up to 50

Over 50 opp til / up to 120

Over 120 opp til / up to 400

Over 400

±1°

±0°30’

±0°20’

±0°10’

±0°5’

±1°30’

±1°

±0°30’

±0°15’

±0°10’

±3°

±2°

±1°

±0°30’

±0°20’

rd

Det korteste vinkelbeinet regnes fra spissen og fram til der buen starter. Da er det korteste vinkelbeinet 80 mm (lengden minus radius til buen), og vinkelen er 30°.

vu

Følg raden «middels» til du er i kolonne «over 50 opptil 120». Avvikene er ± 0°20’.

til

Utregnet får vi: Øvre grensemål = 30°20’ Nedre grensemål = 29°40’ Toleranse = 30°20’ – 29°40’ = 0°40’ (Det er 60’ i 1°)

n

Vraking (sitat fra NS-ISO 2768–1) «Dersom ikke annet er avtalt, skal arbeidsstykker som har toleranser som faller utenfor den generelle toleransen, ikke føre til automatisk vraking, forutsatt at arbeidsstykkets evne til å funksjonere ikke er svekket (se punkt A.4).»

Ku

g

Betegnelse Designation

er in

Nøyaktighetsgrad Tolerance class


356 DEL 4 ////

NS-EN ISO 13 920 Sveising Generelle toleranser for sveiste konstruksjoner. Lengde og vinkelmål. Form og plassering

g

Denne standarden har tre tabeller med toleranseklasser A, B, C og D i tabell 1 og 2. I tabell 3 er det toleranseklasser E, F, G og H.

Kodet toleranse

er in

Tabellene gir adskillig større toleranser enn NS-ISO 2768–1, ellers fungerer den noenlunde likt.

NS-EN ISO 286–1:2010 med rettelse NS-EN ISO 286–1:2010/ AC:2013 Dette standardbladet har koder for avvik og koder for plassering av avvikene.

vu

rd

Bokstavene viser hvor toleransen ligger i forhold til basismålet. Samtidig viser de til hvilken type mål det er. Store bokstaver brukes på boringer og andre innvendige mål. Små bokstaver brukes på aksler og andre utvendige mål. Tallene viser hvor stor toleransegraden er. Jo lavere tall, desto mindre avvik. Avvikene du finner i tabellene, er oppgitt i tusendels millimeter.

EKSEMPEL

Ku

n

til

∅30H11 ∅ = diametertegn 30 = basismål H = kode for toleransens plassering. Dette er i tillegg et innvendig mål, fordi det er en stor bokstav 11 = kode for toleransens størrelse

Grafen viser beliggenhet av toleranser. Grafen med store bokstaver er speilvendt i forhold til grafen med små bokstaver. Legg særlig merke til: H (stor) går fra 0-linja og oppover, og h (liten) går fra 0-linja og nedover. Det viser da en typisk klaringspasning. Det er også mulig å oppnå både klaringspasninger, mellompasninger og presspasninger alt etter hvilke beliggenheter vi velger for utvendige og innvendige mål som skal passe sammen.


Ku

n

til

vu

rd

er in

g

Kapittel 9  /  Måltoleranser 357


358 DEL 4 //// NS-EN ISO 286–2:2010 med rettelse NS-EN ISO 286–2:2010/AC:2013.

vu

rd

er in

g

Denne tabellen gjelder plasseringen H (boring). Avvikene i denne typen tabell av oppgitt i μm (1/1000 mm).

EKSEMPEL

Slik finner du avvikene for målet 30H7

n

til

• Finn fram til linja med målgruppe «over 18 t.o.m. 30». • Finn fram til kolonne med kode 7. • Avles avvikene i krysningen mellom valgt målgruppe og kolonne.

Ku

Øvre avvik = 21 x 0,001 = 0,021 mm Nedre avvik = 0 og skrives som = 0,000 mm Utregning

Øvre grensemål =  30,000 + 0,021 mm =  30,021 mm Nedre grensemål =  30,000 + 0,000 mm =  30,000 mm Toleranse =  30,021 – 30,000 =  0,021 mm

Repetisjon

1 Hva mener vi med basismål? 2 Hva mener vi med øvre avvik? 3 Hva mener vi med nedre avvik? 4 Hva mener vi med øvre grensemål? 5 Hva mener vi med nedre grensemål? 6 Hva mener vi med toleranse?


g er in

10 Geometriske toleranser

rd

Aktuelle standarder

vu

1420: 1987, NS 1428: 1982, NS 1429: 1985, NS-ISO 2768–2:1989 og NS- EN ISO 1110: 2017

Hva er geometriske toleranser?

til

Geometriske toleranser er et felles navn for de fire hovedgruppene av toleranser: form, retning, beliggenhet og kast. Geometriske toleranser brukes bare når det er nødvendig, det vil si når vanlige måltoleranser ikke er nok til å begrense for eksempel en formfeil.

n

Toleransene det her er snakk om, gjelder for eksempel formen på en detalj eller beliggenheten av hull, punkter og flater (elementer) i forhold til en referanselinje eller et referanseplan.

Ku

Vi skal forklare dette med et eksempel.

D1

D2

D3

Krokete aksel.


360 DEL 4 ////

EKSEMPEL

Tenk deg at du har dreid akselen som vi har tegnet. Alle diametermålene og lengden kan stemme, men likevel kan formen være feil (formavvik). For å angi at akselen ikke må være krokete, kan du i tillegg til diametertoleransen sette på en formtoleranse.

g 0,2 mm

er in Aksel målsatt med geometrisk toleranse.

rd

Denne viste toleransen angir at senterlinja i akselen skal ligge innenfor et tenkt rør med diameter 0,2 mm. På den måten er kravet om retthet angitt.

0,2 Formtoleranse

Senterlinja må være innenfor et tenkt rør med diameter 0,2 mm.

til

vu

Geometriske toleranser skriver vi i rammer med felter som vist. Det første feltet skal alltid vise toleransesymbolet, mens det andre feltet viser størrelsen på toleransen. Toleransene blir delt inn i uavhengige og avhengige elementer. Er det avhengige elementer, må det være tre felter i ramma.

Ku

n

0,1

0,3 A

Referansebokstav

A

Referanseflate

Toleransesatt flate

Uavhengig element (gjelder bare ett element).

Avhengig element. Den toleranse­ satte flaten er avhengig av flaten A for kontroll av rettvinklethet.


Kapittel 10  /  Geometriske toleranser 361

Formtoleranser Formtoleranser gjelder for uavhengige elementer. Her er noen eksempler:

g

er in

0,1

Toleransesatt flate

0,1

Retthet 0,1 I dette tilfellet skal sylinderens langsgående Toleransesatt flate berøringslinjer (generatriser) ligge mellom to tenkte linjer med innbyrdes avstand 0,1 mm.

0,1

Retthet 0,1 Når pilen peker på senterlinja eller på forlengelsen av mållinjene, skal senterlinja i akselen ligge innenfor et tenkt rør med diameter 0,1 mm. Toleransesatt flate

Toleransesatt flate

Toleransesatt flate

Tenkte grenseplan

0,2

Toleransesatt flate

Tenkte grenseflater

vu

Tenkte grenseflater

Rundhet 0,2 0,2 Omkretsen av sylinderen i et hvilket som helst tverrsnitt skal ligge mellom to tenkte sirkler med felles sentrum og med innbyrdes avstand 0,2 mm.

0,2

0,2

Toleransesatt sylinderflate

Toleransesatt sylinderflate Tenkte grenseplan

0,2

Toleransesatt flate

20

Flateform 0,2 Toleransen gjelder hele flaten. Den skal ligge mellom to tenkte parallelle grenseflater med fast innbyrdes avstand 0,2 mm. Grenseflatene ligger symmetrisk omkring den teoretisk riktige flaten (formen).

0,2

0,2

Toleransesatt flate

R2

Grenselinjene ligger symmetrisk R220 omkring den teoretisk riktige profilen (radius R). 20

0,2

0,2

0,2

n R220

Profilform Toleransesatt 0,2 flate Den profilen vi ønsker, skal ligge mellom to tenkte linjer med innbyrdes avstand 0,2 mm. R2

Ku

0,2

Tenkte grenseplan

Sylindrisitet 0,2 rør (to Sylinderflaten skal ligge mellom to tenkte koaksiale sylinderflater) med innbyrdes avstand 0,2 mm.

til

0,2

0,2

0,2

rd

Planhet 0,2 Flaten som pilen peker på (den toleransesatte flaten), Tenkte grenseplan skal ligge mellom to tenkte parallelle plan med innbyrdes avstand 0,2 mm.

0,2

0,1

0,1

0,1

Toleransesatt flate


362 DEL 4 ////

Retningstoleranser

Senterlinja i det øverste hullet skal ligge innenfor et tenkt C rør med diameter 0,2 mm og med aksen parallell med senterlinja i det nederste hullet. Referanselinje

g

C

Parallellitet 0,2 C Toleranseramma består her av tre felter.

Referanselinje Toleransesatt flate

er in

0,2 C

0,2

0,2

Retningstoleranser gjelder for avhengige elementer. Her er noen eksempler:

Toleransesatt flate

0,1 A

Rettvinklethet 0,1 mellom A Den toleransesatte flaten må ligge to tenkte parallelle plan som har innbyrdes avstand 0,1 mm, og som er vinkelrette med referansesiden A. A

A

0,1

0,4 0,4 A Vinkelriktighet Den skrå flaten skal ligge mellom to tenkte parallelle plan med innbyrdes avstand30° 0,4 mm og med teoretisk riktig vinkel i forhold til 30° referansesiden J.

0,4

rd

0,4 A

0,1

30°

30°

Referanseplan

A

Referanseplan

vu

A

Beliggenhetstoleranser

Beliggenhetstoleranser gjelder for avhengige elementer. Her er noen eksempler: 0,2 Referanselinje

50

til

50

0,2

100

Posisjon 0,2 Senterlinja (aksen) i hullet må ligge innenfor et tenkt rør Referanselinje 0,2 med diameter 0,2 mm og med akse i den geometrisk riktige posisjonen. Hullets senter-

Hullets senterlinje (akse)

linje (akse)for å angi at de ikke skal 100 Målene 50 og 100 er innrammet

n

være toleransesatt.

0,2 N

Ku

N

A

0,08 A

0,2 Konsentrisitet og koaksialitet N 0,2 N Senterlinja for den minste sylinderen skal ligge innenfor et tenkt rør med diameter 0,2 mm og akse som faller Senterlinje for sammen med senterlinja forden den største minste delen sylinderen (referanselinja). Referanselinje

Symmetri 0,08 Amellom to tenkte A Symmetriplanet til sporet skal ligge parallelle plan med en innbyrdes avstand på 0,08 mm. De to parallelle planene skal ligge symmetrisk om Symmetriplan referanseplanet (midtplanet).

0,2

Senterlinje for den minste delen Referanselinje

Symmetriplan


Kapittel 10  /  Geometriske toleranser 363

Kasttoleranser Kasttoleranser gjelder for avhengige elementer. Her er to eksempler: Måleur

0,15 T

Kast 0,15 T og aksialkast (kast i Dette er symbolet Tfor radialkast tverretning eller lengderetning på en akse). Med kast mener vi differansen mellom største og minste utslag, vist på for eksempel et måleur, når detaljen roterer.

0,1 Totalkast Totalkast gjelder over hele lengden på den toleransesatte 0,1 flaten.

rd

0,1

er in

I dette tilfellet må radialkastet ikke være mer enn 0,15 mm.

vu

Repetisjon 1 Når benyttes geometriske toleranser?

2 Hvilke typer geometriske toleranser kjenner du til?

3 Hvilken type geometriske toleranse beskrives som uavhengig?

n

til

4 Hvilke typer geometriske toleranser beskrives som avhengige?

Ku

Måleur

g

T

0,1


g er in

Aktuell standard

rd

11 Overflateruhet

vu

NS-EN ISO 1302: 2002 med flere henvisninger til andre standardblad.

Hensikten med overflatebeskaffenhet er å få en overflate som passer til formålet. Det hender at overflaten skal være så grov at maling henger fast. I andre tilfeller skal overflaten være så fin at bakterier har vanskelig for å feste seg.

Ra

Rmaks

Ku

n

til

Det er flere måter å fastslå overflatebeskaffenhet på. I denne boka gjen­nom­går vi bare hovedprinsippene. Vi anbefaler derfor at standarden NS-EN ISO 1302: 2002 finnes på skolen.

Middellinje

Overflaten på et arbeidsstykke, forstørret med mikroskop.

Midlere profilhøyde, Ra Det er flere måter å måle overflateruhet på. Den størrelsen vi bruker her, kaller vi midlere profilhøyde, og den skrives Ra. Det er den som brukes mest i Norge, men det brukes også andre målestørrelser som er godkjent av ISO. Disse vil sannsynligvis få større innpass også i Norge. Felles for alle metodene er at de angir hvor grov eller fin overflate som kan tillates. Dersom vi lar en elektronisk ruhetsmåler registrere overflaten på et arbeidsstykke og forstørrer det som blir registrert, kan vi få et bilde som det du ser til venstre.


Kapittel 11  /  Overflateruhet 365

0,8

1,6

3,2

6,4

12,5

25

er in

0,4

g

DREIING

En grovere metode er å bruke en overflatenormal. Da sammenlikner du flatene på arbeidsstykket med de forskjellige overflatene på overflatenormalen.

Overflatenormal for dreiing.

Sammenlikning.

Ruhetssymbolene

rd

Valgfri bearbeidingsmetode. Når det ikke er forlangt noen bestemt bearbeidingsmetode, er symbolet åpent. Da kan du altså velge den bearbeidingsmetoden som passer best, bare du oppnår den angitte overflaten.

vu

Sponskjærende bearbeiding. Dersom symbolet er lukket med en strek, betyr det at den angitte overflateruheten skal oppnås ved avsponing, for eksempel dreiing, fresing eller sliping.

Forbud mot fjerning av materiale. Når det er en sirkel i grunnsymbolet, er det din oppgave å kontrollere om overflaten kan aksepteres. Det er ikke lov å fjerne materiale fra overflaten. Gjenstanden kan for eksempel ha en flate som er støpt, smidd, valset, slipt eller behandlet, og som vi ikke skal bearbeide.

til

Ruhetsparametere. I tillegg til Ra-verdier finnes det W-profil som angir bølgeform på overflaten, og P-verdier som angir struktur på overflaten.

n

Ruhetsverdier

Ku

For å angi om overflaten skal være grov eller fin bruker vi tallverdier i mikrometer (milliondels meter, forkortet µm).

Plassering av ruhetsverdier Verdiene skal plasseres under halen på ruhetssymbolet. Da skal det også stå hvilke ruhetsparametere som skal brukes. Nedenfor er eldre metoder vist med kryss over dem. 1,6

N7

N7

Ra1,6

Ra1,6

Ra 1,6

Valgfri bearbeidings­ metode.

Sponskjærende bearbeiding.

Forbud mot fjerning av materiale.


366 DEL 4 ////

Ra 1,6

Ikke grovere enn … Symbolet viser at overflaten skal avspones til ikke grovere enn Ra 1,6.

Ikke grovere enn …

Det er med andre ord lov å polere denne flaten, men det bør ikke gjøres fordi det fordyrer gjenstanden. Ikke finere enn … Symbolet viser at overflaten skal avspones til ikke finere enn Ra 1,6. Når det er en L (lower) foran, viser verdien til hvor fin overflaten maksimalt skal være.

g

L Ra 1,6

Ikke finere enn …

U Ra 3,2 L Ra 1,6

er in

Dette symbolet brukes mest på overflater som skal overflatebehandles. Det sier oss ingenting om hvor grov flaten skal være. I praksis bør du grovdreie flaten til Ra 12,5 eller grovere. Mellom … og … Overflaten skal avspones til mellom Ra 1,6 og Ra 3,2. Her skal ikke flaten være finere enn (L) Ra 1,6 og ikke grovere enn (U) Ra 3,2. (U = upper)

Mellom … og …

rd

Dette symbolet brukes også ofte på flater som skal overflatebehandles. En finere grad av den samme metoden brukes for eksempel på store lagerflater. Dersom overflaten er for fin, kan det medføre at det ikke blir plass til smøremiddel.

vu

Plassering av ruhetssymbolene All skrift på symbolene skal plasseres slik at den kan leses nedenfra eller fra høyre side av tegningen.

til

Symbolet skal bare angis en gang for samme flate og plasseres i det risset eller snittet som viser overflaten tydeligst. Rz 11

Ku

n

Ra 1,3

Rz 6,5 Ra 1,3

Rz 11

Rz 6,5

Eksempler på plassering av ruhetssymboler.


Kapittel 11  /  Overflateruhet 367

Plassering på enkeltflater Symbolet kan plasseres på flere steder, se rissene nedenfor. Ra 1,1

er in

Rz 6,5

g

Ra 6,5

120 H7

Ra 1,4

120 h6

Lik ruhet på alle flater

Rz 11

Rz 6,1

Ra 3,2

Spesifisering av ruhet

vu

rd

På gjenstander som skal ha den samme overflateruheten på alle flater, kan ruhetssymbolet plasseres nær figuren eller ved posisjonsnum­ meret. Det kan også være tilfeller der ruhetsangivelsen skal plasseres i tittelfeltet. På detaljen nedenfor skal alle flatene ha den samme over­ flateruheten (Ra 2,5 µm).

Dersom en enkelt eller flere flater skal ha en annen overflateruhet enn hovedruheten, skal det angis i parentes ved hovedruheten og også på den overflaten det gjelder.

til

Her skal hele gjenstanden ha øvre grense på Ra 2,5 bortsett fra de flatene som har en annen verdi.

Rz 6,6

Repetisjon

1 Hva er hensikten med å påføre symbol for overflate­ beskaffenhet på en tegning?

n

Ku

Når alle flatene skal ha den samme overflateruheten, kan symbolet plasseres nær figuren.

Rz 1,7

Ra 2,5

2 Du arbeider på et mindre verksted der elektroniske apparater for overflatebeskaffenhet mangler. Hvordan kan du avgjøre om overflaten ligger innenfor de gitte grensene? 3 Hvorfor er det feil å lage så fin overflate som mulig når grenser for ruhet ikke er oppgitt? 4 Når kan det være aktuelt å sette en nedre grense for ruhet? 5 Når kan det være aktuelt å sette en øvre grense for ruhet?


g er in

Aktuell standard

rd

12 Sveiste forbindelser

vu

NS-EN ISO 2553: 2019

Grunnsymboler

Tabellen nedenfor er en oversikt over sveiseforbindelser og de til­hørende grunn­ symbolene. De skal på en forenklet måte vise oss formen på sveisefugen, men avgjør ikke hvilken sveiseprosess vi skal bruke.

til

De åtte første sveiseforbindelsene kaller vi med et fellesnavn for butt­sveiser. Kilsveisen er den sveisen som regnes som den mest brukte.

n

Betegnelse

Ku

Bertelsveis. De oppknekte kantene smeltes fullstendig ned

Buttsveis i I-fuge

Buttsveis i V-fuge

Buttsveis i halv V-fuge

Illustrasjon

Symbol


Kapittel 12  /  Sveiste forbindelser 369

Betegnelse

Illustrasjon

Symbol

Buttsveis i Y-fuge (V-fuge med rettkant)

g

Buttsveis i halv Y-fuge

er in

Buttsveis i U-fuge (parallelle eller skrå fugeflater)

Buttsveis i J-fuge

rd

Baksveis (ettersveis på rotsiden)

Puggsveis eller slissveis

n

Sømsveis

til

Punktsveis

vu

Kilsveis

Ku

Buttsveis i V-fuge med bratt fugekant

Buttsveis i halv V-fuge med bratt fugekant

Kantsveis

Påleggsveis


370 DEL 4 ////

Kombinasjon av grunnsymboler

Betegnelse

Illustrasjon

er in

Buttsveis i dobbel V-fuge (X-fuge)

Buttsveis i K-fuge

rd

Buttsveis i dobbel Y-fuge (V-fuge med rettkant)

Tilleggssymboler

vu

Buttsveis i K-fuge med rettkant

Buttsveis i dobbel U-fuge

Symbol

til

For å vise formen på overflaten av sveisen bruker vi tilleggssymboler. Form på sveisens overflate

n

Plan («strøken»)

Symbol Symbol Symbol Symbol Symbol

Ku

Konveks

Konkav

Overganger mot grunnmaterialet avrundes

g

Når en sveiseforbindelse må sveises fra begge sider, angir vi det ved å kombinere to grunnsymboler. Tabellen nedenfor viser kombinerte symboler som gir symmetriske sveiser.

M M MR M MR M MR MR


Kapittel 12  /  Sveiste forbindelser 371

er in

g

Symbolet viser at det skal være en kilsveis med en konkav over­flate der pilen peker.

Dersom det ikke er angitt noe tilleggssymbol, betyr det at det heller ikke er angitt noe bestemt krav til overflaten på sveisen. Eksempler på bruk av tilleggssymboler Betegnelse

Illustrasjon

Konkav kilsveis

vu

Konveks buttsveis i dobbel V-fuge

rd

Plan («strøken») buttsveis i V-fuge

til

Plan («strøken») buttsveis i V-fuge med plan («strøken») baksveis

Ku

n

Kilsveis med jevn bearbeidet overgang

Symbol


372 DEL 4 ////

Plassering av sveisesymboler

g

Pillinja skal peke mot det punktet (fugen/skjøten) der oversiden av sveisen skal legges. Det kaller vi pilsiden. Selve sveisen skal ikke angis på tegningen.

er in

Når det er symmetriske sveiser, skal vi tegne en enkel henvisnings­ linje (fin hellinje) der symbolet plasseres både over og under linja (som midt på skissen nedenfor). Vanligvis skal vi tegne både henvisningslinje og identifikasjonslinje (fin stiplet linje). Det er da mulig å angi om det skal sveises på pilsiden eller på motsatt side. Vi skal sveise på pilsiden når symbolet står på hellinja, som til venstre på figuren nedenfor.

rd

Vi skal sveise på motsatt side når symbolet står på stiplet linje, som til høyre på figuren på neste side.

vu

Linjetykkelser for pillinjer, referanselinjer, symboler og tekst lager vi som for målsetting.

Sveis

Sveis Sveis på motsatt side

Ku

n

til

Sveis på pilsiden

Skal sveise på pilsiden

Bare for symmetriske sveiser

Skal sveise på motsatt siden

Sveis på pilsiden når symbolet står på hellinja, og på motsatt side når symbolet står på stiplet linje.


Kapittel 12  /  Sveiste forbindelser 373

Målsetting av sveiser

a5

300

z7

g

Det er ofte behov for å angi forskjellige mål for dimensjonen på sveisen i tillegg til sveisesymbolet. Det kan være mål som angir høyde, innsmelt­ ings­dybde og lengde på sveisen. I tillegg til måltallet bruker vi forskjellige bokstaver.

300

er in

s

sa

a

a

a5 z

rd

Forklaring til figurene:

z=a 2

vu

s

• Hoveddimensjonen på sveisen skriver vi foran sveisesymbolet.

• a5 vil si at sveisens a-mål skal være 5 mm.

s

s

• z7 vil si at sveisens z-mål skal være 7 mm.

s

• Hvis ikke noe er angitt foran sveisesymbolet, skal alle buttsveiser ha full gjennom­ sveising.

til

s

s

• Lengden på sveisen skriver vi etter sveisesymbolet.

s

• 300 er lengden på sveisen.

s

mål for innsmelting i godset.

a

høyden av den største likebeinte trekanten som kan skrives i tverrsnittet.

z

siden av den største likebeinte trekanten som kan innskrives i tverrsnittet

Tabellen viser noen bokstaver vi bruker i tillegg til sveisesymbolene.

a

z a

z

z

a

a

Ku

n

• Dersom det ikke er skrevet noe etter sveisesymbolet, skal sveisen være sammen­ hengende i arbeidsstykkets fulle lengde.

z


374 DEL 4 ////

Kompletterende sveiseangivelser

g

Sveis helt rundt. Når vi skal sveise helt rundt, viser vi det med en liten sirkel i overgangen mellom pillinje og henvisningslinje.

er in

Sveis helt rundt

vu

rd

Montasjesveis. Dette vises med et flagg. Det er vanlig at større enheter sveises sammen før de monteres. Dette tegnet viser til sveiser som skal utføres på monteringsstedet.

Montasjesveis.

Ku

n

til

Sveisemetode. Nummer for sveisemetode angis med et tall som plasseres i en åpen pilspiss som avslutning på henvisningslinja. Lista med tall og metoder finnes i NS-ISO 4036.

23

Sveisemetode.

Henvisning til informasjon. Det er mulig å bruke en lukket hale med henvisningstegn. Da kan du henvise til spesielle instrukser som prosedyre og liknende.

A1 Henvisning.


Kapittel 12  /  Sveiste forbindelser 375

• metode (for eksempel i samsvar med NS-ISO 4063)

er in

• godkjenningsnivåer (for eksempel i samsvar med NS-ISO 5817 og NS-ISO 10 042) • arbeidsstillinger (for eksempel i samsvar med ISO 6947)

• tilsettingsmaterialer (for eksempel i samsvar med ISO 544, ISO 2560 og ISO 3581)

rd

EKSEMPEL

Vi ser av sveisesymbolene at det skal være buttsveis i V-fuge med motholdsstreng. Den videre informa­sjonen i halen er: 111 er manuell buesveising etter ISO 4063. NS-ISO 5817-D er krav til gjennomsveising. ISO 6947-PA er horisontal sveisestilling. ISO 2560-E 51 2 RR 22 er dekkede elektroder.

vu

• • • •

til

111/NS-ISO 5817-D/ ISO 6947-PA/ ISO 2560-E 51 2 RR 22

EKSEMPEL

n

Sveisesymbolene på figuren til høyre viser sveising i to omganger. Først skal det sveises helt rundt med buttsveis i 5 mm dyp halv V-fuge. Deretter skal det sveises helt rundt med konkav kilsveis med 4 mm a-mal.

Ku

g

Informasjon i halen. Informasjon om forbindelsen og dimensjonene kan utvides med tilleggsinformasjon gitt i halen. De enkelte leddene skal da skilles fra hverandre med en skråstrek og listes opp i følgende rekkefølge:

5 a4


376 DEL 4 ////

Utenlandske sveisesymboler

SystemSystem A B

vu

System A

System B. Denne metoden brukes i USA og stillehavsland. Der skal det ikke brukes stiplet linje. Regelen er da at vi skal sveise på pils­iden hvis symbolet er under linja, og på motsatt side hvis symbolet står over linja.

rd

System A. I Norge og resten av Europa har vi en stiplet linje som er med på å indikere hvor det skal sveises. Regelen er at vi skal sveise på pilsiden hvis symbolet står på den heltrukne linja, og på motsatt side hvis symbolet står på den stiplete linja.

er in

g

I dag er sveisesymboler stort sett like for hele ver­den. Men hvordan de plasseres på pillinja, er forskjellig. Vi skiller da mellom system A og system B.

SystemSystem A B

System B

n

til

System A

System B

Ku

Repetisjon

1 Hva er hensikten med sveisesymboler? 2 Hva mener vi med a-mål på en sveis? 3 Hva er forskjellen på en konveks og en konkav form på en sveis?

4 Hva er det som viser at det skal sveises helt rundt?

5 Hva er det som viser at sveisen skal utføres på monteringsstedet? 6 Hva kan skje hvis du ikke oppdager at det er et amerikansk sveisesymbol?


377

Stikkord forminskning 309 formtoleranse 361 forrigling 87 forsenking 317 forstørring 309 fortrengningspumpe 276 frekvens 22 funksjon, OG/ELLER  167 førstehjelp 14

A absolutt nullpunkt  265 aggregattilstand 267 akkumulator 149 aksialstempelpumpe 134 aktuator 247 arbeidsenhet 104 asynkronmotor 63 atmosfæretrykk 94 atom 284 atomnummer 287 automatisering 164 automatsikring 82 avvik 352

H halvsnitt 342 hjelpemål 320 homogen 238 hovedriss 300 hovedstrøm 76 hydraulikk 129 hydraulikkpumpe 133 hydraulikkslange 150 hydraulisk arbeidsenhet  144 hydraulisk retningsventil  138 hydraulisk system  153 høyregjenge (RH)  335 høyspenning 13

vu

C Charles’ lov  274 CNC 184 cosinus 64 CPU 177 D DAK, dataassistert konstruksjon  198, 206 DAK-tegninger 309 DAP, dataassistert produksjon  198, 207 deposisjon 270 dialogprogrammering 197 diameter 325 dobbeltmålsetting 321

I induksjon 68 indusere 22 inkompressibel 279 inngang, PLS  177 ion 291 ionebinding 292 isotop 284

til

n

Ku F fas 317 faseovergang 270 feilsøking  126, 161 filament 213 first angle projection  299 fittings 155 flytretning 112 fordampning 271 forenklet tegnemåte  345

M manometer  93, 176 materialer 306 merkeskilt 67 metallbinding 293 midlere profilhøyde, Ra  364 miljømerking 52 M-koder  192, 194 modellering 202 modifisere 206 molekyl 290 motorstyring 74 motorvern 81 multimateriell print  213 multimeter 23 måleinstrumenter 26 målestokk 308 målsetting  205, 315 måltoleranse 351

rd

B basismål 352 batterigjenvinning 51 beliggenhetstoleranse 362 Boyles lov  273 bryter 83

E EE-avfall 26 effekt 45 eksentrisk 98 ekstrudere 203 elektrisk effekt  45 elektrisk krets  33 elektromagnet 77 energi 45 enhetsoperasjon 234 erstatningsresistans 39 er-verdi 243

L lamellpumpe 135 lavspenning 11 lavspenningsanlegg 75 leseretning, metode nr. 1  315 leseretning, metode nr. 2  324 likespenning 21 likestrøm 20 likestrømsmotor 58 linjegrupper 310 linjetykkelser 310 linjetyper 311 logisk funksjon  165 luftbehandlingsenhet 102

er in

G gain 255 generator 20 generell toleranse  353 geometrisk toleranse  359 gjengeforbindelse 332 gjengeinnsats 346 gjenger 330 G-koder 189 grensemål 352 grunnstoff 285 grunnsymbol, sveising  368

konsitet 347 kontaktor (K)  76, 78 konveks 98 konvertere 205 koordinatmålsetting 323 kvadrat 326

g

3D-printing 212

K kasttoleranse 363 kavitasjon 136 Kirchoffs lover  34 kjededrift 347 kjedemålsetting 320 knallgass 54 kombinasjonsventil 120 kompoundmotor 61 kompressor 92 komprimere 92 kondens 99 kondensering 271 konkav 98

N nedre avvik  352 nedre grensemål  352 normalriss 299 nullpunktjustering 254 O offset 209 Ohms lov  26 overflateruhet 364 overføringslinjer 313 P parallellkopling 36 parallellmålsetting 321 parameter 209 partielt snitt  343 periodesystemet 287 plasma 269


378

Ku

n

S samvirkning 236 sekundærbatteri 51 selektiv lasersintring, SLS  214 senteravstand 321 sentralenhet 177 sentrifugalpumpe 277 seriekopling 33 seriemotor 61 seteventil 247 settpunkt 243 sfærisk 326 shuntmotor 60 sikring 82 sikringsanordning 76 simmerring 349 simulering 186 sinusform 21 skal-verdi 243

g

V vekselspenning 21 vekselstrøm 20 vekselstrømsgenerator 22 vekselstrømsmotor 62 veltemetoden 299 venstregjenge (LH)  335 verktøykompensasjon 193 vinkeldeling 321 vinkelmålsetting 319 virkningsgrad 66 viskositet 136 volumstrømregulerende ventil  120 vraking 355 væskemengde, regulering  175 W wattmeter 48

Ø øvre avvik  352 øvre grensemål  352 Illustrasjoner

rd

vu

T tannhjul 346 tannhjulspumpe 133 tegnefelt 303 termisk energi  257 termoelektrisk spenning  259 tetningsring 349 third angle projection  302 tidsforsinker 81 tilbakeslagsventil 118 tilleggssymbol, sveising  370 tiltrekkingsmoment 122 tittelfelt 304 toleranse 328 toleranse, beliggenhet  362 toleranse, form  361 toleranse, kast  363 toleranse, kodet  357 toleranse, retning  362 toleransesatt mål  351 transformator 68 transformator 79 transmitter 253 trykk 93 trykkmåling 255 trykkreduksjonsventil 141 trykkregulerende ventil  118 trykktank 100 turbin 20

til

R radius 326 regulator 244 reguleringssløyfe 244 reguleringsventil 247 reimdrift 347 rekkeklemme 85 relasjon 201 relé 77 resistans 24 resistansmåling 28 resistivitet 29 retningstoleranse 362 retningsventil 138 revisjonsfelt 306 riss 298 robot 219 rotor 59 ruhetssymbol 365 ruhetssymbol, plassering  366 ruhetsverdi 365 rullingslager 348

skiving, slicing  215 skravering 344 skrivefelt 303 skruekompressor 98 snitt 339 solenoid 116 spenningsmåling 27 stator 59 stempelkompressor 97 stereolitografi, SLA  214 stigning 347 strømgjennomgang 11 strømmåling 27 stykkliste 304 styrestrøm 76 sublimasjon 270 Svanemerket 52 sveiseangivelser, kompletterende  374 sveiser, målsetting  373 sveisesymbol, plassering  372 sveisesymbol, utenlandsk  376 sveising 356 sveiste forbindelser  368 symboler for mål og form  325

er in

pneumatikk 90 pneumatisk arbeidsenhet  104 pneumatisk motor  110 pneumatisk styringsenhet  112 posisjon 304 primærbatteri 51 printe 212 prioritert gjenge  338 projeksjonsmetoder 298 projeksjonsmetode, amerikansk  302 projeksjonsmetode, europeisk  298 prosess 233 prosessflytdiagram 248 prosessforstyrrelse 237 prosessverdi 243 proton 284 prototype 212 pådrag 235 pådragsorgan 243

U ubestemte overganger  350 usann størrelse  316 utflyttet snitt  342 utgang 235 utgang, PLS  177


379

Illustrasjoner:

er in

g

Autodesk screen shots reprinted courtesy of Autodesk, Inc.: side 200, 202, 203, 204, 206, 207, 208, 209, 210, 215 Bjørn Norheim: side 20, 35, 37ø, 46, 54, 60n, 61ø, 61n, 67ø, 77ø, 77n, 78ø, 78n, 80ø, 80n, 84, 85, 86, 87, 88h, 92, 94v, 94n, 95, 96, 98, 99m, 101, 102, 103v, 105ø, 105n, 107ø, 107nø, 107m, 107nn, 107n, 110, 111ø, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121øh, 121nh, 122, 123, 124, 125, 128, 131, 132h, 133, 134, 135, 138h, 139, 140, 141, 143h, 144, 145, 146, 147, 148v, 149v, 151, 153, 156, 156, 157, 158, 159, 166, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 173, 174, 175mh, 175, 176m, 177, 178, 179, 180, 181, 186, 187, 189, 192, 193, 195, 196, 233, 234ø, 235ø, 242n, 244, 245ø, 247, 248, 249, 251, 253m, 254, 257, 258n, 259, 260, 261, 262, 263, 266n, 268, 269, 269, 270, 272, 273, 276, 277, 278, 280, 281, 284, 286, 288, 289, 291, 292, 293øh, 298, 299, 300, 301, 302, 302, 303øh, 309, 309, 311, 312, 313, 314, 315, 316, 317, 318, 319, 320, 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329, 330, 331, 332, 333, 334, 335, 336, 339, 340, 341, 342, 343, 344, 345, 346, 347, 348, 349, 350, 351, 352, 353, 359, 360, 361, 362, 363, 364, 365, 366, 367, 368, 369, 370, 371, 372, 373, 374, 375ø, 375n, 376 Bjørn Picard: side 12n, 19n, 21, 21, 22n, 23øh, 23n, 24, 27ø, 27n, 28ø, 28n, 29, 30ø, 35, 36, 38, 39, 42, 48mv, 48h, 49, 58øv, 58m, 58h, 59ø, 60ø, 63øv, 63nh, 64n, 65nv, 66, 68 Douglas R. Waddington: side 33h, 64øv, 64øh, 108, 121nv, 175ø, 199, 201, 217nh, 225, 303n, 373øh Jørn Kenneth Andersen: side 103h, 106øv, 106øh, 106nv, 106nh, 177ø

Bildekrediteringer:

n

til

vu

rd

Side 8: Shutterstock, 11øh: Olav Urdahl / Aftenposten / NTB, 11m: Shutterstock, 12ø: Shutterstock, 13ø: Bjørn Rørslett / NN / Samfoto / NTB, 13n: Shutterstock, 14n: Mogens Otte / Norsk Førstehjelpsråd, 14øv: Shutterstock, 15: Anne Langdalen, 16: Mogens Otte / Norsk Førstehjelpsråd, 19ø: Nova M. Lie, Shutterstock, 22øv: Shutter­ stock, 25: Shutterstock, 25: Shutterstock, 25: Shutterstock, 26n: Shutterstock, 30nv: ELKO, 30mv: Shutterstock, 33v: Shutterstock, 37nv: Shutterstock, 40: Lær Kidsa Koding, 45: Shutterstock, 47øh: Shutterstock, 47nv: Shut­ terstock, 48v: Shutterstock, 51nv: Shutterstock, 51ø: Shutterstock, 52øh: incamerastock / Alamy / ImageSelect, 52øv: Shutterstock, 52nv: Svanemerke, 53n: Bosch Rexroth, 53øh: kenneth-cheung / iStock / Getty Images, 53m: Shutterstock, 55: Shutterstock, 59n: Shutterstock, 62øv: Citizen of the Planet / Alamy / ImageSelect, 62nv: GNF bildearkiv, 62nh: GNF bildearkiv, 65mh: Shutterstock, 65nh: Shutterstock, 65ø: Siemens, 67n: Bosch Rexroth, 69: Shutterstock, 72: Shutterstock, 75n: NEK, 75ø: Shutterstock, 76: Shutterstock, 79: Siemens, 81: Siemens, 82ø: Shutterstock, 82n: Siemens, 83v: Shutterstock, 83h: Shutterstock, 91: Rupert Oberhäuser / Alamy / ImageSelect, 93: Shutterstock, 97: Atlas Copco, 97ø: Shutterstock, 99ø: Atlas Copco, 99n: Atlas Copco, 100: Atlas Copco, 111n: Festo, 132v: Nokka, 138v: Bosch Rexroth, 141nv: Bosch Rexroth, 142: Bosch Rexroth, 143v: Bosch Rexroth, 146: GNF bildearkiv, 146: GNF bildearkiv, 146: GNF bildearkiv, 148h: Bosch Rexroth, 149h: Bosch Rexroth, 152: GNF bil­ dearkiv, 154: Bosch Rexroth, 155: Bosch Rexroth, 165: Bosch Rexroth, 176nv: Bosch Rexroth, 178: Bosch Rexroth, 185: Shutterstock, 212: Shutterstock, 213: Shutterstock, 214: Shutterstock, 214: Shutterstock, 216: Shutterstock, 216: Shutterstock, 217øv: Shutterstock, 217øh: Shutterstock, 220: Øyvind Gravås / Aker BP, 221: Shutterstock, 222: RobotNorge AS, 223: Shutterstock, 223: Shutterstock, 224ø: RobotNorge AS, 224n: RobotNorge AS, 226: ABB Robotics, 227: ABB Robotics, 230: Shutterstock, 233nh: Jonas Frøland / NTB, 234h: Shutterstock, 234v: vm / iStock / Getty Images, 235n: Kjetil Alsvik / Statoil, 236: Shutterstock, 238nh: GNF bildearkiv, 238: Nortura, 242ø: Shut­ terstock, 243: Shutterstock, 245n: Shutterstock, 246: Shutterstock, 253ø: Shutterstock, 253n: Shutterstock, 255: Roar Lindefjeld / Statoil, 258ø: Shutterstock, 265: Shutterstock, 266ø: Shutterstock, 267: Shutterstock, 271: Shut­ terstock, 276: Shutterstock, 279: Øyvind Hagen / Equinor, 283: Shutterstock, 285: Joseph Wright / Christophel Fine Art / Contributor / Getty Images, 287: Yara, 290: Kjetil Alsvik / Equinor, 293n: Shutterstock, 296: Shutterstock, 297: Johnny Hansen, 305: Farsund Drilling Solutions, 357: GNF bildearkiv, 358: GNF bildearkiv

Ku

For enkelte av illustrasjonene har vi beklageligvis ikke lyktes i å komme i kontakt med rettighetshaverne. Vi ber dem ta kontakt. Rettmessige krav vil bli honorert på samme måte som i de tilfeller der vi har innhentet tillatelse på forhånd.


n

Ku til er in

rd

vu

g


n

Ku til er in

rd

vu

g


n

Ku til er in

rd

vu

g


n

Ku til er in

rd

vu

g


n

Ku til er in

rd

vu

g


B

TIF-serien består av tre bøker som til sammen dekker tre felles programfag i læreplanen for utdanningsprogrammet Vg1 Teknologi- og industrifag.

Jørn Kenneth Andersen Johnny Hansen Rune Mathisen Rolf Rønning

er in

rd

Konstruksjons- og styringsteknikk har praktiske eksempler og oppgaver som knytter yrkesteori og praksis sammen. Refleksjonsoppgaver underveis i kapitlene utfordrer elevene til å diskutere, samarbeide og tenke kritisk.

til n

Ku

TIF er en del av Skolestudio, et digitalt læringsmiljø for den videregående skole. www.skolestudio.no

Vg1 Konstruksjons- og styringsteknikk

vu

HMS og betydningen av godt HMS-arbeid i skole og arbeidsliv står sentralt gjennom hele boka.

Teknologi- og industrifag

Boka er delt inn i fire hoveddeler • Elektroteknikk • Styringsteknikk • Kjemiprosess • Tegning og tegningslesing

g

Konstruksjons- og styringsteknikk er skrevet for felles programfag Konstruksjons- og styringsteknikk.

Konstruksjonsog styringsteknikk Vg1 Teknologi- og industrifag