TECHNOLOGIE
1
Název a adresa školy: Střední odborné učiliště stavební Pardubice s. r. o., Černá za Bory 110, 533 01 Pardubice Autoři: Jan Svatoň, Lenka Štěrbová – AJ, Jan Bartoš – NJ Název projektu: Inovace odborné výuky odborných oborů Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.28/02.0033
1
Název a adresa školy Střední odborné učiliště stavební Pardubice s. r. o., Černá za Bory 110, 533 01 Pardubice Zřizovatel: Ing. Milan Randák, Jiránkova 2285, 530 02 Pardubice název ŠVP: Elektrikář - silnoproud platnost ŠVP: od 1. 9. 2010 Délka a forma vzdělání: 3 roky v denním studiu Dosažený stupeň vzdělání: střední vzdělání s výučním listem Odborné cíle vzdělávání v předmětu technologie
Cílem vyučovacího předmětu technologie je poskytnout žákům odborné vědomosti v oblasti pracovních metod a technologických postupů souvisejících s používáním nářadí, strojů a zařízení pro elektrikářské práce. Žáci se seznámí s přípravou a organizací pracoviště, stanovením spotřeby materiálu i počtu pracovníků, s potřebným nářadím, pracovními pomůckami a mechanizačními prostředky. Nejdůležitější učební látkou jsou pak různé technologické postupy a normy, které žák musí při elektrikářských pracích správně používat. Důraz je kladen na znalosti předpisů bezpečnosti a ochrany zdraví při práci, protipožárních předpisů. Technologie je profilujícím předmětem oboru. Je úzce mezipředmětově vázán na předměty základy elektrotechniky a odborný výcvik. Ve výuce jsou využívány i poznatky z všeobecně vzdělávacích předmětů, především matematiky, chemie a fyziky. Obsahem učiva 1. ročníku jsou tyto tematické celky: bezpečnost a ochrana zdraví při práci, hygiena práce, normy v elektrotechnice, strojnické kreslení, základy opracování kovů, základní elektromontážní práce, základní materiály v elektrotechnice.
2
Obsah předmětu technologie 1. ročník 1
ÚVOD DO UČIVA TECHNOLOGIE .................................................................................................. 5 1.1
Základní informace o elektrických předmětech .................................................................... 5
1.2
ČSN, PN, Vyhl. 50/78 Sb. ....................................................................................................... 5
1.2.1
Označování norem ......................................................................................................... 5
1.2.2 VYHLÁŠKA č. 50/78 Sb. Českého úřadu bezpečnosti práce a Českého báňského úřadu ze dne 19. května 1978 o odborné způsobilosti v elektrotechnice (změna: 98/1982) ............... 8 1.3 2
3
Soustavy napětí a jejich napěťové hladiny .......................................................................... 11
HLAVNÍ ZÁSADY V ELEKTROTECHNICE ....................................................................................... 13 2.1
Druhy prostředí dle ČSN + AJ............................................................................................... 13
2.2
Ochrany krytím IP 00 – 68 + AJ ............................................................................................ 13
OBSAH A ZÁVAZNOST NOREM V ELEKTROTECHNICE ................................................................ 16 3.1
Barevné a číselné značení vodičů + AJ ................................................................................ 16
3.2 ČSN 33 2000 – 4 – 41- ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti a ochrana před úrazem elektrickým proudem + AJ ............................................................................................................. 17 4
STROJNICKÉ KRESLENÍ A ZÁKLADY OPRACOVÁNÍ KOVŮ............................................................ 18 4.1
Měření, pilování .................................................................................................................. 18
4.1.1
Měření a orýsování ...................................................................................................... 18
4.1.2
Pilování ......................................................................................................................... 21
4.2
Stříhání, řezání a další práce s plechem .............................................................................. 22
4.2.1
Práce s plechem ........................................................................................................... 22
4.2.2
Nástroje pro práci s plechem + NJ ............................................................................... 22
4.2.3
Rovnání......................................................................................................................... 23
4.2.4
Stříhání ......................................................................................................................... 24
4.2.5
Ohýbání ........................................................................................................................ 26
4.2.6
Sekání ........................................................................................................................... 27
4.2.7
Řezání ........................................................................................................................... 28
4.3
Lepení, pájení ...................................................................................................................... 30
4.3.1
Lepení ........................................................................................................................... 30
4.3.2
Tmelení......................................................................................................................... 33
4.3.3
Pájení ............................................................................................................................ 34
4.4
Svařování ............................................................................................................................. 36
4.5
Strojní obrábění ................................................................................................................... 38
4.5.1
Soustružení................................................................................................................... 38
4.5.2
Frézování ...................................................................................................................... 40
3
4.5.3 4.6
5
6
7
8
Broušení ....................................................................................................................... 41
Lisování, nýtování ................................................................................................................ 42
4.6.1
Lisování......................................................................................................................... 42
4.6.2
Nýtování ....................................................................................................................... 43
ZÁKLADNÍ ELEKTROMONTÁŽNÍ PRÁCE ...................................................................................... 46 5.1
Základní požadavky na návrh a provedení elektroinstalací ................................................ 46
5.2
Způsoby uložení vodičů ....................................................................................................... 47
5.3
Druhy elektroinstalačního materiálu + NJ ........................................................................... 48
5.4
Druhy a provedení spojů v elektrických zařízeních ............................................................. 48
5.5
Druhy a zapojení spínačů a přepínačů – řazení 1 - 7 ........................................................... 49
ZÁKLADNÍ MATERIÁLY POUŽÍVANÉ V ELEKTROTECHNICE ......................................................... 58 6.1
Železo (Fe) - výroba, vlastnosti ............................................................................................ 58
6.2
Hliník (Al) - výroba, vlastnosti.............................................................................................. 61
6.3
Měď (Cu) - výroba, vlastnosti .............................................................................................. 63
6.4
Dvojkovy, princip, použití .................................................................................................... 66
IZOLAČNÍ MATERIÁLY ................................................................................................................. 67 7.1
Vlastnosti, struktura, skupenství izolantů ........................................................................... 67
7.2
Rozdělení izolantů ............................................................................................................... 67
7.2.1
Plynné izolanty – druhy, použití, vlastnosti ................................................................. 67
7.2.2
Kapalné izolanty – druhy, použití, vlastnosti ............................................................... 68
7.2.3
Pevné izolanty .............................................................................................................. 69
Použité zdroje informací ............................................................................................................ 70
4
1 ÚVOD DO UČIVA TECHNOLOGIE 1.1 Základní informace o elektrických předmětech Elektrické předměty (EP), jsou všechna elektrická zařízení, která spotřebovávají, nebo vyrábějí elektrickou energii. Další dělení elektrických předmětů je z hlediska částí elektrických rozvodů pro přenos, jištění před vnějšími a vnitřními vlivy a ovládání elektrických sítí a rozvodů. Souhrn těchto EP tvoří přenosovou síť (PS), která umožní přenos elektrické energie (EE) od výrobce k odběrateli. Každý EP, který je použit v elektrických zařízeních (EZ), musí splňovat podmínky pro bezpečný a trvalý provoz v EZ. Není proto možné používat náhodně zvolené vodivé nebo izolační součástky, které nejsou k tomuto účelu určeny, nebo nemají platnou schvalovací značku pro použití v elektrotechnice. To znamená, že každý výrobce musí při novém uvedení EP na trh prokázat, že jeho výrobek splňuje všechny požadavky na něho kladené. Tuto skutečnost prokáže příslušným certifikátem od zkušebního elektrotechnického ústavu, který prověří vlastnosti EP, a opatří je schvalovací značkou. Na prvním místě při práci s elektrickou energií je bezpečnost uživatele! Každé nedodržení technologických postupů, nebo bezpečnostních předpisů, může mít nedozírné následky nejen pro samotného odběratele, ale i na životnost celého EZ. Elektrikář musí být nejen odborně zdatný, ale i zodpovědný. Pokud se stane, že neúmyslně svou činností ovlivní bezpečnostní nebo provozní vlastnosti EZ, je jeho lidskou a profesní povinností tuto skutečnost odstranit, nebo požádat při odstranění závady o pomoc kvalifikovanou osobu. Chyba u provizorně opraveného EZ se nemusí v normálním provozu projevit, ale za ztížených okolností – déšť, bouřka, mráz, vítr - se projeví určitě. Za těchto podmínek bývá mnohem větší problém závadu odstranit.
1.2 ČSN, PN, Vyhl. 50/78 Sb. Označení ČSN je značka českých technických norem. Vydávání a tvorbu ČSN zajišťuje pro českou republiku Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví.
1.2.1 Označování norem Zkratkou ČSN se původně označovala Československá státní norma (od roku 1964), posléze od roku 1991 přijala značení „Československá norma“. Mimo ní existovaly ještě další vydávané oborové normy (se zkratkou ON), číslované shodným systémem a podnikové normy (se zkratkou PN). Po vzniku České republiky bylo označení ČSN zachováno. Zákon č. 22/1997 Sb. závazný výklad zkratky neudává. Obecně se její význam vykládá jako „Česká soustava norem“. Zákonem chráněné slovní označení je „Česká státní norma“. Význam číselného značení: Za písmeny normy (ČSN) je uvedeno šestimístné třídicí číslo. První dvojčíslí je odděleno mezerou a určuje třídu norem (00 – 99) pro jednotlivé obory, třetí a čtvrtá číslice označuje skupinu a podskupinu norem. Poslední dvojčíslí pak představuje pořadové číslo normy.
5
Nově byly zavedeny převzaté (harmonizované) Evropské normy, které se označují původním označením, před něž byla přidána zkratka ČSN. Norma tak může být například označena ČSN EN 12899-1, ČSN EN ISO 9001, ČSN IEC 61713, ČSN ETS 300 976 atd. Normám bývá zároveň přiřazován třídicí znak ve formě tradičního šestičíselného označení podle původní třídy ČSN. Podle vzoru Evropských norem byla zavedena i praxe označovat za dvojtečku rok vydání. Například: ČSN EN ISO 9000:2001. Třídění norem podle oborů (první dvojčíslí): 1. 01 Obecná třída 2. 02 Strojní součásti 3. 03 Strojní součásti - koroze a ochrana materiálu 4. 04 Slévárenství 5. 05 Svařování, pájení, řezání kovů a plastů 6. 06 Topení, průmyslové pece, vařidla a topidla 7. 07 Kotle 8. 08 Turbíny 9. 09 Spalovací motory pístové 10. 10 Kompresory, vakuová technika a pneumatická zařízení 11. 11 Čerpadla, hydraulická zařízení 12. 12 Vzduchotechnická zařízení 13. 13 Armatury a potrubí 14. 14 Chladicí technika 15. 15 Výrobky z plechu a drátu 16. 16 Výrobky z plechu a drátu 17. 17 Jemná mechanika 18. 18 Průmyslová automatizace 19. 19 Optické přístroje, zařízení pro kinematografii a reprografii 20. 20 Obráběcí stroje na kovy 21. 21 Tvářecí stroje 22. 22 Nástroje 23. 23 Nářadí 24. 24 Upínací nářadí 25. 25 Měřicí a kontrolní nářadí a přístroje 26. 26 Zařízení dopravní a pro manipulaci s materiálem 27. 27 Zdvihací zařízení, stroje pro povrchovou těžbu, stroje a zařízení pro zemní, stavební a silniční práce 28. 28 Kolejová vozidla 29. 29 Kolejová vozidla 30. 30 Silniční vozidla 31. 31 Letectví a kosmonautika 32. 32 Lodě a plovoucí zařízení 33. 33 Elektrotechnika - elektrotechnické předpisy 34. 34 Elektrotechnika 35. 35 Elektrotechnika 36. 36 Elektrotechnika
6
37. 37 Elektrotechnika - energetika 38. 38 Energetika - požární bezpečnost 39. 39 Zbraně pro civilní potřebu 40. 40 Jaderná technika 41. 41 Hutnictví - materiálové listy ocelí 42. 42 Hutnictví 43. 43 Hutnictví - strojní zařízení 44. 44 Hornictví 45. 45 Hlubinné vrtání a těžba nafty 46. 46 Zemědělství 47. 47 Zemědělské a lesnické stroje 48. 48 Lesnictví 49. 49 Průmysl dřevozpracující 50. 50 Výrobky průmyslu papírenského 51. 51 Strojní zařízení potravinářského průmyslu 52. 52 Strojní zařízení potravinářského průmyslu 53. 56 Výrobky potravinářského průmyslu 54. 57 Výrobky potravinářského průmyslu 55. 58 Výrobky potravinářského průmyslu 56. 62 Průmysl gumárenský, pryž 57. 63 Průmysl gumárenský, pryžové výrobky 58. 64 Plasty 59. 65 Výrobky chemického průmyslu 60. 66 Výrobky chemického průmyslu 61. 67 Výrobky chemického průmyslu 62. 68 Výrobky chemického průmyslu 63. 69 Strojní zařízení chemického průmyslu 64. 70 Výrobky ze skla a tavených hornin 65. 71 Sklo a tavené horniny - materiálové listy a výrobní zařízení 66. 72 Stavební suroviny, materiály a výrobky 67. 73 Navrhování a provádění staveb 68. 74 Části staveb 69. 75 Vodní hospodářství 70. 77 Obaly a obalová technika 71. 79 Průmysl kožedělný 72. 80 Textilní suroviny a výrobky 73. 81 Strojní zařízení textilního průmyslu 74. 82 Stroje a zařízení pro úpravu povrchu 75. 83 Ochrana životního prostředí, pracovní a osobní ochrana, bezpečnost strojních zařízení a ergonomie 76. 84 Zdravotnictví 77. 85 Zdravotnictví 78. 86 Zdravotnictví 79. 87 Telekomunikace 80. 88 Průmysl polygrafický 81. 89 Hudební nástroje 82. 90 Kancelářské, školní a kreslicí potřeby
7
83. 91 Vnitřní zařízení 84. 93 Výstrojné zařízení 85. 94 Výstrojné zařízení 86. 97 Výměna dat 87. 98 Zdravotnická informatika 88. 99 Metrologie
1.2.2 VYHLÁŠKA č. 50/78 Sb. Českého úřadu bezpečnosti práce a Českého báňského úřadu ze dne 19. května 1978 o odborné způsobilosti v elektrotechnice (změna: 98/1982) Účelem níže uvedené vyhlášky bylo rozdělení pracovníků v elektrotechnice do určitých kategorií s ohledem na dosažený stupeň elektrotechnického vzdělání a získané praxe. Toto rozdělení mělo sloužit k tomu, aby nebyli pověřováni určitými pracemi ti pracovníci, kteří na tyto práce nemají odpovídající kvalifikaci a praxi. Vyhláška měla zmenšit rizika nebezpečí úrazu elektrickou energií a zároveň dát možnost lepšího ohodnocení kvalifikovaným pracovníkům. V současné době je stále využívána, i když s některými změnami od původního vydání. Pro informovanost uvádím základní ustanovení vyhlášky začínající §1 a končící § 11. Tuto vyhlášku vydal Český úřad bezpečnosti práce podle § 5 odst. 1 písm. d) zákona č. 174/1968 Sb., o státním odborném dozoru nad bezpečností práce a Český báňský úřad podle § 57 odst. 1 písm. d) zákona č. 41/1957 Sb., o využití nerostného bohatství (horní zákon), a podle § 10 písm. a) zákona České národní rady č. 24/1972 Sb., o organizaci a rozšíření dozoru státní báňské správy, stanoví v dohodě s Českou odborovou radou a ostatními ústředními orgány. I. oddíl Úvodní ustanovení §1 Vyhláška stanoví stupně odborné způsobilosti (dále jen "kvalifikace") pracovníků, kteří se zabývají obsluhou elektrických zařízení nebo prací na nich (dále jen "činnost"), projektováním těchto zařízení, řízením činnosti nebo projektování elektrických zařízení v organizacích, které vyrábějí, montují, provozují nebo projektují elektrická zařízení, nebo provádějí na elektrických zařízeních činnost dodavatelským způsobem; dále stanoví podmínky pro získání kvalifikace a povinnosti organizací a pracovníků v souvislosti s kvalifikací. Za elektrická zařízení se pro účely této vyhlášky považují zařízení, u nichž může dojít k ohrožení života, zdraví nebo majetku elektrickým proudem, a zařízení určená k ochraně před účinky atmosférické nebo statické elektřiny. §2 Pracovníci uvedení v § 1 odst. 1 musí být tělesně a duševně způsobilí a musí splňovat podmínky stanovené touto vyhláškou. II. oddíl Kvalifikace pracovníků §3 Pracovníci seznámení jsou ti, kteří byli organizací v rozsahu své činnosti seznámeni s předpisy o zacházení s elektrickými zařízeními a upozorněni na možné ohrožení těmito zařízeními.
8
§4 Pracovníci poučení jsou ti, kteří byli organizací v rozsahu své činnosti seznámeni s předpisy pro činnost na elektrických zařízeních, školeni v této činnosti, upozorněni na možné ohrožení elektrickými zařízeními a seznámeni s poskytováním první pomoci při úrazech elektrickým proudem. Organizace je povinna stanovit obsah seznámení a dobu školení s ohledem na charakter a rozsah činnosti, kterou mají pracovníci uvedení v odstavci 1 vykonávat, a zajistit ověřování znalostí těchto pracovníků ve lhůtách, které předem určí. §5 Pracovníci znalí jsou ti, kteří mají ukončené odborné vzdělání a po zaškolení složili zkoušku v rozsahu stanoveném v § 14 odst. 1. Zaškolení a zkoušku je povinna zajistit organizace s ohledem na charakter a rozsah činnosti, kterou mají pracovníci vykonávat. Dále je povinna zajistit nejméně jednou za tři roky jejich přezkoušení. §6 Pracovníci pro samostatnou činnost jsou pracovníci znalí s vyšší kvalifikací, kteří: a) splňují požadavky pro pracovníky uvedené v § 5 odst. 1, b) mají alespoň nejkratší požadovanou praxi uvedenou v příloze 1, c) prokázali složením další zkoušky v rozsahu stanovené znalosti potřebné pro samostatnou činnost. Zkoušku uvedenou v odstavci 1 je povinna zajistit organizace; dále je organizace povinna zajistit nejméně jednou za tři roky přezkoušení pracovníků pro samostatnou činnost. §7 Pracovníci pro řízení činnosti jsou pracovníci znalí s vyšší kvalifikací, kteří: a) splňují požadavky pro pracovníky uvedené v § 6 včetně požadované praxe, b) prokázali složením další zkoušky znalosti potřebné pro řízení činnosti. Zkoušku uvedenou v odstavci 1 je povinna zajistit organizace; dále je povinna zajistit nejméně jednou za tři roky přezkoušení pracovníků pro řízení činnosti. §8 Pracovníci pro řízení činnosti prováděné dodavatelským způsobem a pracovníci pro řízení provozu jsou pracovníci znalí s vyšší kvalifikací, kteří a) splňují požadavky pro pracovníky uvedené v § 7, b) mají alespoň nejkratší požadovanou praxi, c) prokázali složením další zkoušky znalosti potřebné pro řízení činnosti prováděné dodavatelským způsobem. Zkoušky je povinna zajistit organizace; dále je povinna zajistit nejméně jednou za tři roky přezkoušení pracovníků pro řízení činnosti. §9 Pracovníci pro provádění revizí elektrických zařízení (dále jen "revizní technici") jsou pracovníci znalí s vyšší kvalifikací, kteří mají ukončené odborné vzdělání uvedené v přílohách 1 a 2, práci uvedenou v příloze 1 a složili zkoušku před některým z příslušných orgánů dozoru. Pro provádění zkoušek a přezkoušení revizních techniků platí zvláštní předpisy vydané příslušnými orgány dozoru.
9
§ 10 Pracovníci pro samostatné projektování a pracovníci pro řízení projektování jsou ti, kteří mají odborné vzdělání a praxi určené zvláštními předpisy a složili zkoušku ze znalosti předpisů k zajištění bezpečnosti práce a technických zařízení a z předpisů souvisejících s projektováním. Dále jsou povinni zúčastnit se nejméně jednou za tři roky přezkoušení pracovníků pro samostatné projektování a pracovníků pro řízení projektování. § 11 Kvalifikace ve zvláštních případech (doznívající paragraf – nově se neuděluje) Absolventi vysoké školy elektrotechnické a absolventi přírodovědecké fakulty oboru fyziky, kteří pracují jako asistenti v laboratořích škol všech stupňů, se považují na svých pracovištích za pracovníky pro řízení činnosti, pokud složili zkoušku v požadovaném rozsahu. Jejich znalosti musí být ověřovány přezkoušením nejméně jednou za tři roky. Pracovníci vědeckých, výzkumných a vývojových ústavů, kteří mají vysokoškolské vzdělání, v rámci výuky složili zkoušky z elektrotechniky, elektroniky nebo fyziky, nebo složili závěrečnou zkoušku z elektrotechniky nebo jaderné fyziky na střední odborné škole a kteří vykonávají experimentální práci na vymezených vědeckých, výzkumných nebo vývojových pracovištích, se považují za pracovníky pro samostatnou činnost, pokud složili po zaškolení zkoušku v požadovaném rozsahu. Jejich znalosti musí být ověřovány nejméně jednou za tři roky. Učitelé, kteří používají při výuce na školách elektrická zařízení pod napětím, se považují pro tuto činnost za pracovníky pro samostatnou činnost; musí však být v používání zařízení prokazatelně zaškoleni a jejich znalosti bezpečnostních předpisů souvisejících s jejich činností musí být ověřovány přezkoušení nejméně jednou za tři roky. Zkoušení nebo přezkoušení pracovníků uvedených v jednotlivých odstavcích provede tříčlenná zkušební komise, jejíž nejméně jeden člen musí mít některou z kvalifikací uvedených v § 7 až 9. Otázky 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Co jsou elektrotechnické předměty, jakou zkratkou je označujeme? Čím je tvořena přenosová síť, jakou zkratkou ji označujeme? Jaké podmínky musí splňovat každý EP? Jaký je nejhlavnější požadavek při provádění elektrických rozvodů? Definujte ČSN a PN. Uveďte význam vyhlášky vyhl. 50/78 Sb. a charakterizujte ji.
10
1.3 Soustavy napětí a jejich napěťové hladiny Jmenovitá napětí elektrických střídavých zdrojů. Napětí Zkratka Velikost Malé napětí MN 6, 12, 24, 48 V Nízké napětí NN 110, 230, 400, 500, 600 V Vysoké napětí VN 3, 6, 10, 22, 35 kV Velmi vysoké napětí VVN 110 kV, 220 kV Zvlášť vysoké napětí ZVN 400 kV, 750 kV Napěťové hladiny podle kategorií, označení a názvu: Jmenovitá napětí Kategorie napětí
Označení napětí
Název napětí
V uzemněné soustavě
V izolované soustavě
mezi vodičem a zemi
mezi vodiči
mezi vodiči
I
MN
Malé napětí
do 50 V
do 50 V
do 50 V
II
NN
Nízké napětí
nad 50 V do 600 V
od 50 V do 1000 V
od 50 V do 600 V
A
VN
Vysoké napětí
od 0,6 kV do 30 kV
od 1 kV do 52 kV
od 1 kV do 52 kV
B
VVN
Velmi vysoké napětí
od 30 kV do 171 kV
od 52 kV do 300 kV
od 52 kV do 300 kV
C
ZVN
Zvlášť vysoké napětí
od 300 kV do 800 kV
D
UVN
Ultra vysoké napětí
nad 800 kV
Otázky 1. Uveďte důvody, proč se v rozvodných soustavách používají různé napěťové soustavy. PŘÍKLAD: Máme přenést výkon 100 kW při napětí 400 V. Jak velký proud poteče vodičem? Řešení: I = P/U = 100 000/400 = 250A Zvýšíme-li však napětí na 35 kV? Řešení: I = P/U = 100 000/35 000 = 2,857A Názorný příklad z praxe:
11
Na výstupu z turbogenerátoru 10 kV musíme použít k přenosu výkonu vodič o průřezu 800 mm2. Po transformaci na 110 kV výrazně zmenšíme proud, můžeme tedy velký výkon hospodárně přenášet s malým průřezem vodiče Na základě předcházejícího textu uveďte další příklady: Při svařování potřebujeme z hlediska bezpečnosti zmenšit napětí a pro vytvoření velké teploty oblouku zvýšit proud. Tím napětí poklesne na cca 70 V a proud stoupne na desítky až stovky A. Otázky 1. 2.
Uveďte vzorec pro výpočet proudu z výkonu a napětí. Jaký vliv má zvýšení napětí při stejném výkonu na velikost protékajícího proudu vodiče?
12
2 HLAVNÍ ZÁSADY V ELEKTROTECHNICE 2.1 Druhy prostředí dle ČSN + AJ Rozlišujeme tyto tři základní druhy prostředí: a) Obyčejné – nemá žádný nepříznivý vliv na spolehlivost a životnost elektrických zařízení. b) Aktivní – má nepříznivý vliv na spolehlivost, životnost EZ a na bezpečnost osob. Musí být provedeno tak, aby těmto vlivům co nejlépe odolávalo. c) Pasivní – výrazněji působí vliv EZ na prostředí než vliv prostředí na elektrické zařízení.
2.2 Ochrany krytím IP 00 – 68 + AJ Použitím této ochrany se dosahuje určitého stupně bezpečnosti před nebezpečným dotykovým napětím, ochrany před vniknutím cizích těles a vody do elektrických předmětů. Písmenové značení se vykládá v tomto významu: IP = International Protektivně = Mezinárodní ochrana Přehled číselných kódů (IP) Význam první číslice ve značce krytí
Dosažený stupeň ochrany před nebezpečným dotykem
Dosažený stupeň ochrany před vniknutím cizích předmětů
IP 0x
Předmět bez ochrany
Předmět bez ochrany
IP 1x
Ochrana před vniknutím plochou částí těla (dlaní)
Ochrana před vniknutím velkých předmětů (nad 50 mm)
IP 2x
Ochrana před vniknutím části dlaní Ochrana před vniknutím malých (prstem) předmětů (nad 12,5 mm - 50 mm)
IP 3x
Ochrana před vniknutím nástrojem Ochrana před vniknutím drobných nad 2,5 mm (šroubovák) předmětů (od 2,5 mm - 12,5 mm)
IP 4x
Ochrana před vniknutím velmi Ochrana před vniknutím nástrojem drobných předmětů (od 1 mm - 2,5 nad 1 mm (drát) mm)
IP 5x
Ochrana před vniknutím jakoukoliv Ochrana před vniknutím prachu pomůckou (částečně)
IP 6x
Ochrana před vniknutím jakoukoliv Ochrana před vniknutím prachu (úplně) pomůckou
2. Význam druhé číslice ve značce krytí
Dosažený stupeň ochrany před vniknutím vody
IP x0
Předmět je bez ochrany proti vniknutí vody
IP x1
Předmět je chráněn proti svisle kapající vodě
13
IP x2
Předmět je chráněn proti kapající vodě ve sklonu do 15°
IP x3
Předmět je chráněn proti kropení (déšť) při sklonu do 60°
IP x4
Předmět je chráněn proti stříkající vodě při sklonu nad 60o
IP x5
Předmět je chráněn proti tryskající vodě při sklonu do 90o
IP x6
Předmět je chráněn proti intenzivně tryskající tlakové vodě
IP x7
Předmět je chráněn proti dočasnému ponoření
IP x8
Předmět je chráněn proti trvalému ponoření
Přídavná písmena k IP kódům, která se mohou vyskytnout na některých elektrických předmětech Písmeno
Význam
A
Chráněno před dotykem dlaní (50 mm)
B
Chráněno před dotykem prstem (12 mm)
C
Chráněno před nástrojem (2,5 mm)
D
Chráněno před dotykem drátem (1 mm)
Doplňková písmena k IP kódu upřesňující zařízení provozní podmínky Písmeno
Význam
H
Zařízení obsahuje vysoké napětí
M
Zařízení je během zkoušky vodou v pohybu
S
Zařízení je během zkoušky vodou v klidu
W
Zařízení je odolné k povětrnostním podmínkám
Grafické značky provedení způsobu krytí Jedná se pouze o přibližné porovnání značky s IP kódem. Toto značení je vhodné jen pro účel, ke kterému je uváděno (to je důvod odlišností v různých materiálech), nesouhlasí se zkouškami pro krytí s IP kódem. Grafické symboly pro způsoby krytí jsou: IPx1:1 kapka – do vlhka, IPx6: 2 kapky - do mokra, IPx7: 3 kapky uspořádané do trojúhelníku – nepropustné, ponorné, IPx5: 2 trojúhelníky, každý s jednou kapkou: těsně uzavřené proti proudící vodě, IPx4: čtverec s jednou kapku uvnitř: těsně uzavřené před stříkající vodou, IP5x: otevřená čtvercová mřížka na koso: částečně prachotěsná, IP6x: uzavřená čtvercová mřížka na koso: úplně prachotěsná.
14
Otázky 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
15
Jaký vliv má prostředí na bezpečnost obsluhy a zařízení? Kolik stupňů má Pax proti vniknutí pevných částí? Kolik stupňů má Pax proti vniknutí vody? Nakreslete grafickou značku pro IPx6. Nakreslete grafickou značku pro IPx7. Nakreslete grafickou značku pro IPx4. Nakreslete grafickou značku pro IP5x. Nakreslete grafickou značku pro IP6x.
3 OBSAH A ZÁVAZNOST NOREM V ELEKTROTECHNICE 3.1 Barevné a číselné značení vodičů + AJ
Značení vodičů barvami: NOVÉ BAREVNÉ ZNAČENÍ KABELŮ – HD 308 S2 / ČSN 33 0166 Platné od 1. dubna 2006 (po dohodě od 1. července 2005) Kabely pro pevné uložení -J (se žz)
Šňůry a ohebné kabely
-O (bez žz)
G (se žz)
2žilové
2žilové
3žilové
3žilové
4žilové
4žilové
5žilové
5žilové
mnohožilové
X (bez žz)
směrová
číslované
číslované
Barevné značení vodičů v trakčních soustavách Vodiče, nebo přípojnice
Holé vodiče
Trakční soustava stejnosměrná
kladný pól záporný pól
tmavě červený tmavě modrý
trolej má kladný pól (+), kolej má záporný pól (-) tmavě červený tmavě modrý
Střední vodič Ochranný vodič
světle modrý zelenožlutý
zelenožlutý
16
Trakční soustava střídavá
zelenožlutý
3.2 ČSN 33 2000 – 4 – 41- ochranná opatření pro zajištění bezpečnosti a ochrana před úrazem elektrickým proudem + AJ Elektrické instalace budov - Rozsah platnosti, účel a základní hlediska Tato norma určuje pravidla pro návrh a stavbu elektrických zařízení (EZ) tak, aby byla zajištěna jejich bezpečná a spolehlivá funkce při užívání k tomu účelu, ke kterému byla určena. Kapitola 13 této normy obsahuje pouze základní ustanovení. Nejsou v ní zahrnuty podrobné technické požadavky, protože se mohou s technickým vývojem měnit. Pro elektrotechnické obory (číselná řada 33) jsou vydány bezpečnostní a technologické předpisy, které určují základní požadavky pro návrh a provedení elektrických zařízení. Jsou upraveny v souladu s předpisy EU (harmonizovány). Obecně vzato jsou normy ČSN od. 1. 1. 2000 nezávazné. Platí ale zásada, že pokud by nedodržením základních předpisů došlo ke zhoršení užitných a bezpečnostních parametrů elektrického zařízení (EZ) jako celku, musí EZ odpovídat ustanovení základním normám ČSN. Závaznost norem byla zrušena proto, aby normy nebránily technickému rozvoji. Otázky 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Definuj pojem „ normy v elektrotechnice“. Od kdy a proč jsou normy nezávazné? Ve kterých případech je nutno dodržovat ustanovení ČSN? Jakou barvou se značí ochranný vodič? Jakou barvou značíme neutrální (střední) vodič? Jakou barvou značíme holé vodiče (sběrnice) ve stejnosměrné soustavě? Uveďte příklad písmenového značení kabelu pro připojení jednofázové zásuvky 16A s montáži pod omítku. 8. Uveďte, jakou barvu použijete pro krajní vodiče L1, L2, L3. Otázky k shrnutí kapitoly – Základní požadavky pro návrh a montáž elektrických rozvodů 1. 2. 3. 4. 5.
Co považujete za nejdůležitější pro návrh a realizaci elektrorozvodů? Jaké jsou nejdůležitější požadavky na elektrikáře? Jakým způsobem lze získávat nové poznatky z oboru? Co je hlavním a rozhodujícím požadavkem pro EZ? Proč jsou vydávány normy ČSN řady 33 a k čemu slouží?
17
4 STROJNICKÉ KRESLENÍ A ZÁKLADY OPRACOVÁNÍ KOVŮ 4.1 Měření, pilování 4.1.1 Měření a orýsování Nejdříve provedeme úpravu hrany plechu, protože obvykle není po oddělení materiálu rovný. Upravíme ji například pomocí pilníku tak, abychom od ní mohli provádět měření a orýsování. Je výhodné použít nejdelší hranu. Čistotu opracování hrany průběžně kontrolujeme přiložením přesného strojírenského pravítka. Použité pomůcky pro měření: ocelové strojnické měřítko, úhelnice, rýsovací jehla, strojnické kružítko, nastavitelný úhloměr, důlčík a kladivo. Důlčík a kladivo se používá pro označování středů budoucích otvorů. S výhodou je používáme k označení průsečíků hlavních rysek, které by se mohly při práci poškodit. Postup práce s důlčíkem je velmi jednoduchý. Držíme jej v levé ruce mezi palcem, ukazováčkem a středním prstem jako tužku. Prsteník se o důlčík opírá. Důlčík nasadíme nejdříve šikmo do středu os. Když se špička důlčíku dotýká přesně středu, napřímíme ho a provedeme krátký rázný úder kladivem. Nezkoušíme do důlčíku udeřit vícekrát za sebou! Místo jednoho důlku jich můžeme mít více a přesnost značení je porušena. Pomůckou pro orýsování plechu je rýsovací jehla. U velmi tenkých plechů, (fólie o tloušťce 0,05 mm až 0,3 mm), kterým by hrozilo poškození povrchu jehlou, použijeme tužku, nebo tence píšící lihový fix. Pro lepší viditelnost rysky můžeme plech natřít inkoustovou směsí s vodou v poměru 1:1. Po zaschnutí směsi jsou rysky velmi dobře čitelné. Pomůcky k měření Posuvné měřítko (posuvka) Posuvné měřítko se skládá ze dvou hlavních částí. Na pevné části je základní stupnice (obvykle je uvedena v milimetrech a palcích), na posuvné části je index s vernierem (noniem). Měřítko mívá obvykle dva páry čelistí (ramen), větší pro měření vnějších rozměrů, menší zahrocené pro měření rozměrů vnitřních (například otvorů). Na dolním konci pevné části bývá výsuvný hloubkoměr pro měření hloubky otvorů. Aretační odpružená páčka, (případně šroubek) na posuvné části slouží k jejímu uvolnění a zajištění. Klasická analogová posuvná měřítka využívají vernier (nonius). Při měření lehce sevřeme měřený předmět mezi čelisti (u vnitřních rozměrů čelisti roztáhneme na dotyk), na nulové rysce (indexu) odečteme základní rozměr - nejbližší nižší hodnota v milimetrech. Zlomky milimetru odečteme pomocí nonia. Ukazatelem je ryska, která se na posuvné stupnici přesně kryje (koinciduje) s některou ryskou na základní stupnici. Na ní odečteme desetiny milimetrů, které připočteme k údaji na základní stupnici.
18
Digitální posuvná měřítka nemají nonius. Jejich pevná a posuvná část působí jako magnetický, indukční nebo kapacitní snímač dráhy. Pohyblivá část je opatřena zdrojem elektrické energie (baterií) a číslicovým displejem, který zobrazuje přímo naměřenou hodnotu. S digitálními měřítky se pracuje stejně jako s analogovými. Jejich hlavní výhodou je jednodušší odečítání naměřených hodnot, nevýhodou je jejich závislost na zdroji elektrické energie. Protože většinou nemají nonius, ani základní stupnici, neumožňují ani přibližné měření hodnot. Ocelová měřítka Ocelová měřítka jsou pravítka z kvalitních čistě opracovaných ocelí. Jsou vybavená stupnicí v cm a palcích. Milimetrová stupnice je dělena po 0,5 mm, která umožnuje větší přesnost měření. Tato měřítka se používají pro ruční opracování kovů s požadovanou přesností měření 0,5 mm. Úhelníky Výroba úhelníků musí odpovídat ČSN 25 5103. Úchylky pravého úhlu jsou dvojnásobkem třídy přesnosti.
Druhy úhelníků: 1. Přesný dílenský úhelník Provedení: speciální ocel, všechny čtyři úzké plochy jsou vzájemně kolmé a lapované, boční plochy jsou leštěné, všechny úchylky jsou vztaženy vždy k delší straně. Mohou být v provedení pevném – 90 nebo 45o. 2. Magnetický úhelník s pevným úhlem 90° Použití: k upínání součástí v pevném úhlu 90° během přípravy pro konstrukční, montážní a svařovací práce. Provedení: obě ramena obsahují silné feritické magnety, magnetické prvky jsou upevněny k nemagnetickému pouzdru, tolerance úhlu: ±0,05 / 100mm, se dvěma výtlačnými páčkami. 3. Stavitelný magnetický úhelník Použití: pro rychlé a přesné přidržení železných desek a trubek při svařování a během montáže. Mikrometry Mikrometry se používají na měření plechů a drátů, především pro měření tloušťky plechů. Stupnice na talířku umožňuje kolmý pohled na stupnici při odečítání 0,01 mm. Stoupání mikrošroubu činí 1 mm (360o = 1 mm). Mikrošroub dotahujeme jen za použití momentově nastavené ozubené volnoběžky, aby nedošlo k překročení utahovacího momentu a tím k poškození měřidla, nebo zkreslení naměřených hodnot. Ostatní běžná měřidla V elektrotechnické praxi se používají i ostatní měřidla – ne vždy je nutné měřit na desetiny nebo setiny mm, vystačíme si tedy například s tzv. krokoměry – pro měření tras venkovních vzdušných, nebo kabelových tras. Zde postačuje přesnost měření ± 1m. Pro běžná měření vystačíme se svinovacími nebo skládacími metry. Při měření v blízkosti živých částí elektrických zařízeních, nesmíme používat vodivé svinovací metry! V těchto případech využíváme pouze nevodivá měřidla.
19
Z uvedených informací vyplývá, že velmi záleží na volbě použití měřidla pro dosažení požadované přesnosti a únosnosti času pro dobu měření. Závěrem je třeba upozornit, že všechna uvedená měřidla je třeba ukládat a používat tak, aby jejich přesnost nebyla snižována, proto se také nesmí používat k jiným účelům, než ke kterým jsou určena. Některé druhy měřidel jsou vidět na obrázku: Horní řada zleva: kružidlo na plechy, pevná rovnoramenná úhelnice 90/45 o s příložníkem, stavitelná úhelnice, ocelové 50m měřící pásmo, dřevěná úhelnice Spodní řada zleva: posuvné měřítko, hmatadlo pro hrubší porovnávání vnějších rozměrů a kovová úhelnice s měřítkem
Otázky 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
20
Jaké druhy měřidel používáme v elektrotechnické praxi? Popište posuvné měřítko. Jak vypadají ocelová pravítka, k čemu slouží a jaká je jejich přesnost? Charakterizuj mikrometry s ohledem na jejich použití, přesnost a stoupání mikrošroubu. Co jsou to ostatní běžná měřidla, jak se používají a jaké zásady platí pro jejich výběr? Popiš úhelníky. Jaké druhy úhelníků znáš a jakým způsobem se používají? Vyjmenuj zásady bezpečnosti práce při provádění měření, zaměř se především na možnost úrazu elektrickou energií.
4.1.2 Pilování
Pilník je vícebřitý nástroj k ubírání materiálu z povrchů obrobků. Skládá se z pracovní části se zdrsněným povrchem a rukojeti. Na pracovní části mohou být různé druhy seků. Seky mohou být jednoduché nebo zdvojené, podle jeho hrubosti je dána schopnost pilníku ubírat materiál. Pilník patřil a patří mezi základní druhy obráběcích nástrojů. Díky tomuto nástroji, staršímu více než 2 000 let, byly vytvořeny podivuhodné výrobky vynikajících kvalit. Výrobci pilníků se nazývali pilníkáři. Pilníky se vyráběli podle starých postupů a s použitím zkušeností předcházejících generací. Pilníkářská profese se většinou dědila a výroba se přísně střežila pro další použití a rozvoj. Nároky na dobrý pilník byly velké. Musel být dostatečně tvrdý, aby dokázal opracovat kvalitní materiál. Musel být ale houževnatý, aby se nezlomil při pádu. Při použití nesměl vibrovat, nesměl se ucpávat třískami odebíraného kovu, musel mít dlouhou životnost. Postupně bylo tohoto cíle dosaženo, ale za takovou cenu, která již neodpovídala jeho užitným vlastnostem. Pilnikářství, jako obor zaniklo po roce 1948, kdy tehdejší mocenské uspořádání začalo prosazovat centralizované trendy výroby. Pilník sice měl štěstí, že byl nenahraditelný pro konečné a dokončovací práce, ale jeho výroba byla již prováděna průmyslovým způsobem. To sice přineslo zlevnění výroby, ale také zhoršení jeho vlastností. Namísto ručních, nepravidelných seků se začaly používat pravidelné strojní seky, které ale měly za následek vznik vibrací s doprovodem nepříjemných až nebezpečných „pazvuků“. Rozdělení pilníků Pilníky dělíme podle účelu a materiálu, který mají opracovávat (ocel, dřevo, barevné kovy atd.) tvaru a jeho profilu (plochý, kulatý, půlkulatý, čtvercový, trojúhelníkový)
21
Zvláštní druhy pilníků různých profilů s velmi hrubým sekem či miskovými ubíracími hroty se používají na dřevo, plastické hmoty nebo velmi měkké kovy. Jedná se o struhák nebo také rašpli. Pro jemné opracování materiálu se používají „diamantové“ pilníky, na jejichž povrch je galvanicky nanesen diamantový prach. Ty se používají k opracování tvrdých materiálů. Vyrábějí se také „rotační“ pilníky, používané převážně k strojovému pilování pomocí vrtačky frézy či soustruhu. Práce s pilníkem: Důležitý je pohyb po opracovávaném materiálu. Pilníkem nekolébáme, při opracování materiálu vedeme pilník po materiálu mírně zešikma, abychom v obráběné části nevytvořili rýhy po seku. Pilníky neukládáme společně v zásuvkách, aby se jejich seky netupily vzájemným kontaktem. Doporučuje se zavěsit je za rukojeť, dražší pilníky se vyplatí opatřit ochranným krytem. Pilník, jehož seky jsou zaneseny opracovávaným materiálem, čistíme nejlépe mosazným drátěným kartáčem ve směru seků. K omezení zanášení seků je dobrou ochranou potření seků plavenou křídou. Pilníky chráníme proti zamaštění. Tím zvětšíme pracovní výkon a zmenšíme zanášení seků. Otázky 1. 2. 3. 4. 5. 6.
K čemu slouží pilník? Jaký význam měly pilníky před nástupem kovoobráběcích strojů? Jaké druhy pilníků znáte? Jak pracovat s pilníkem – pohyb, čištění seků, ochrana proti zanášení seků? Je lepší strojně vyrobený nebo ručně vyrobený pilník? Proč? Jak se nazývá nástroj k opracování dřeva, plastických hmot, nebo jiných měkkých materiálů?
4.2 Stříhání, řezání a další práce s plechem 4.2.1 Práce s plechem Plech se vyrábí ve válcovnách ze základního polotovaru, kterým jsou silné desky, válcováním. Je zpracováván buď ve formě tabule, nebo pásů v různých tloušťkách, délkách a šířkách. Tyto rozměry jsou určeny normami. Dělí se podle kvality, vlastností, pevnosti, tažnosti, povrchové úpravy a podobně. Mohou být bez úprav povrchu (černé) nebo různě upravené (zinkované, niklované, smaltované, opatřené plastovým povrchem nebo různými nátěry a nástřiky). Při jakékoliv manipulaci s plechem dodržujte používání předepsaných pracovních a ochranných pomůcek. Hrany plechů mohou být ostré, mohou obsahovat otřepy po dělení materiálu.
4.2.2 Nástroje pro práci s plechem + NJ Pro práci s plechem používáme hlavně tyto nástroje: na vyrovnání plechů: dřevěnou nebo pryžovou paličku a kladivo, kovadlinku nebo ocelovou deska s rovnou plochou na upínání opracovaného plechu nebo tvarování plechu v čelistech: svěrák, zámečnické svorky různých druhů a provedení na stříhání plechu: ruční, pákové nebo tabulové nůžky
22
na opracování hran plechu: pilníky s jemným nebo středním sekem, brusné plátno nebo papír k dokončení povrchových prací
4.2.3 Rovnání Obvykle je potřebné pro další zpracování, měření a rýsování plechy nejdříve vyrovnat. Vyrovnávání se provádí nejčastěji vyklepáváním. Pomocí dřevěné nebo pryžové paličky na rovné položce vyrovnáváme měkké plechy do tloušťky 0,4 mm. Paličku držíme u konce násady a údery vedeme zápěstím. Pomocí dřevěného hranolu s hladkou a rovnou plochou, který má být o něco širší než vyrovnávaný plech, vyhladíme velmi tenké plechy. Deska, na které vyrovnávání provádíme, musí být také hladká a rovná. Plech položíme na vyrovnávací plochu, protahováním a tlakem na vyrovnávací plochu plech vyrovnáme.
23
Pomocí kladiv vyrovnáváme plechy větší tloušťky, více než 0,4 mm. Pro vyrovnání plechů je nutné mít určité zkušenosti, abychom odhadli, jak silný úder materiál snese a kam je třeba vést údery. V některých případech používáme plochu kladiva. Např. při vyrovnávání zemnící pásky. K odstranění oblouku, použijeme údery vedené nosem kladiva do kraje pásky ve středu oblouku. Tím dosáhneme roztažení (roztemování) materiálu a oblouk se vyrovná.
4.2.4 Stříhání Plechy stříháme nůžkami na plech. Stříhání je beztřískové oddělování materiálu dvěma noži, které se proti sobě pohybují jako klíny. Jde o způsob, který je rychlejší a čistější než sekání, nebo řezání. Ručních nůžek můžeme použít jen pro určité tloušťky plechů. Například pro ocel do tloušťky maximálně 0,7 mm, mosaz do 0,8 mm, tvrdý hliník a měď asi do 1 mm, měkký hliník až do 2,5 mm. Na tlustší plech použijeme pákové nebo strojní nůžky. Rozlišujeme tři druhy nůžek na plech: ruční, pákové a strojní. Nůžky dole uzavřené bez vnitřní zarážky se ve školách nesmějí používat! Hrozí nebezpečí úrazu skřípnutím dlaní mezi uzavřená, dovnitř dosedající ramena nůžek. Běžné ruční nůžky mají čelisti rovné. U nůžek vystřihovacích, které se používají na střihání kruhových částí, jsou čelisti prohnuté doleva nebo doprava. K ulehčení stříhání nesmíme nikdy nůžky upevňovat do svěráku za jedno držadlo! Různé nůžky na plech vidíme na spodním obrázku. Zleva doprava jsou to tyto druhy: s rovnými čelistmi, se zavřenými rameny bez dorážky – nebezpečí uskřípnutí převodové pro silnější plechy zámečnické s dorážkou vystřihovací – oblé otvory
24
Pákové nůžky Stříhají plech nebo I profily až do tloušťky 6 mm. Záleží na typu a provedení. Vždy se řídíme údaji uvedenými na typovém štítku stroje. Mají spodní nůž pevný, horní je ovládán buď pákovým, nebo ozubeným mechanismem. Mívají buď oblé ostří o délce okolo 500 mm, nebo jsou konstrukčně uzpůsobeny tak, aby mohly postupně rozstřihávat celou tabuli plechu. Tabulové nůžky Díky své délce řezu stříhají plechy o délce až 1 000 mm. Podle druhů nůžek mohou stříhat plechy až do tloušťky 2 mm. Stříhaný plech se po vložení na stůl nůžek nastaví pomocí stavitelných vodítek na požadovaný rozměr střihu. Poté jej zajistíme v nastavené poloze přítlačným pravítkem a provede se střih. Strojní tabulové nůžky Používají se v průmyslu. Jsou schopny stříhat plechy o tloušťce až 4 mm a délce větší než 2 000 mm. Stříhání ručními nůžkami Základem pro správné stříhání je dobré a přesné orýsování. Oba nože nůžek jsou otočně uloženy na spojovacím čepu. Stlačením ramen nůžek po sobě oba klínové břity nožů kloužou. Pro zmenšení tření jsou nože proti sobě prohnuty, tím vznikne přepětí mezi čelistmi asi 0,1 - 0,2 mm. Plech postupně odstřihujeme. Po odstřižení musí být ryska na plechu stále vidět, abychom mohli například pilníkem (jiným vhodným způsobem) upravit obrobek na požadovaný rozměr. Doporučuje se stříhat přesně, jen s nejnutnějším přídavkem, protože plech se špatně piluje. Při stříhání ručními nůžkami dodržujeme tato pravidla: stříhaný plech držíme kolmo k čelistem nůžek ostřím nůžek sledujeme přesně rysku abychom stříhali s co nejmenší námahou, využíváme tu nejdelší páku rukojetí nůžek před střiháním musíme zvolit správnou velikost nůžek podle tloušťky plechu nesvíráme nůžky nikdy na doraz při stříhání delších plechů (nedostřihujeme) nůžky nerozevíráme na plno, nůžky začínají stříhat až po určitém úhlu sevření (asi v jedné třetině délky čelistí) stříhaný plech plynule posouváme ve směru stříhání jen po krátkých střizích kruhové a oblé tvary vystřihujeme vystřihovacími nůžkami ve směru chodu hodinových ručiček, abychom stále mohli sledovat rysku PŘÍKLAD – dílenský list T1/1 o Pod dozorem učitele upněte do svěráku plech o tloušťce 1 mm a pokuste se ho uříznout pilkou na kov. Ale pozor, máte jenom jeden pokusný řez! Pokud zvolíte špatný pracovní postup, nebo volbu nástroje, výsledek je katastrofální!
25
4.2.5 Ohýbání Plechy můžeme podle potřeby ručně ohýbat. Rozlišují se dva způsoby ohýbání: a) přes hranu ocelové desky b) ohýbání ve svěráku Postup při ohýbání: Ohýbaný plech nesmí být nikdy širší než délka rovnací hrany ocelové desky, délka čelistí svěráku nebo délka vložky, ve kterých jsme plech upnuli. Čelisti svěráku opatříme ochrannou vložkou, abychom zabránili poškození povrchu plechu. Místo ohybu si zřetelně označíme. Po upnutí do svěráku musí být ohyb těsně nad hranou čelistí nebo vložky. Při ohýbání plechu přes hranu ocelové desky, plech fixujeme další deskou upnutou těsně nad označující ryskou. Plechy do tloušťky 1 mm ohýbáme nejprve ručně, poté ohyb dokončíme paličkou. Údery paličky vedeme vždy co nejblíže místu ohybu. Paličku přitom stále nakláníme tak, aby na ohýbaný plech přiléhala celou ploškou. Chceme-li ostré hrany, musíme věnovat pozornost poloměru ohybu. Čím je plech tlustší a méně tažný, tím musí být poloměr ohybu větší! Při oblých ohybech používáme podložky s oblými hranami. Dílenský svěrák
Otázky 1. 2. 3. 4.
Jaké druhy nůžek známe? Vyjmenuj technologické a bezpečnostní zásady, které musíme dodržovat při stříhání plechů. Popiš postup při ohýbání plechů. Jakým způsobem postupujeme při rovnání plechů?
26
4.2.6 Sekání Sekáním můžeme oddělovat tlusté třísky, nebo rozdělovat materiál klínovým nástrojem, který nazýváme sekáč. Na různé druhy materiálů se používají sekáče s rozdílným úhlem břitu (β). Například pro dělení tvrdé oceli je β = 80o, olova, hliníku - 30o, měkké oceli, mosazi 55 – 60o Břit je tvořen dvojstranným klínem, který je zakalen. Ostří sekáče vnikne do materiálu působením úderů kladiva na plochu hlavy sekáče. Sekáč přikládáme k materiálu pod úhlem 30° - 40°. Záleží na třísce, kterou chceme odebrat. Sekání patří ke hrubým způsobům opracování kovů, proto je nutné nechat přídavek materiálu na další opracování. Sekáče se liší tvarem břitů. Nejčastěji se používá sekáč plochý. Vyrábí se v délkách 100 – 250 mm, jeho ostří je rovnoběžné se širokou stranou sekáče. Ostří je možno upravit zaobleně pro vysekávání různých tvarů v plechu. U tlustých plechů je nutné si nejdříve vyvrtat v blízkosti seku díry tak, aby mezi nimi byly malé mezery. Poté použijeme sekáč k přeseknutí těchto mezer (žeber). Křížový sekáč se od plochého liší tím, že jeho ostří je kolmé na širokou stranu sekáče. Používáme ho především pro vysekávání drážek a dělení tlustých materiálů. Sekáč na mazací drážky je speciální druh sekáče s půlkruhovým ostřím, který zanechává v obrobku drážku půlkruhového tvaru pro přívod oleje.
Základní pokyny pro sekání: materiál menší tloušťky přesekáváme ve svěráku, tlustší na měkké podložce materiál nedosekáváme až do konce v jednom směru, aby nedošlo k jeho vytržení nikdy nesekáme sekáčem otočeným směrem k tělu oči si chráníme brýlemi používáme jen ostré nástroje brousíme na kotoučové brusce, střídavě lehkým tlakem přikládáme oba břity dbáme na dobré chlazení – ochlazujeme vodou, jinak může sekáč ztratit svou tvrdost v případě potřeby stejným způsobem odstraníme otřepy z plosky sekáče. používáme sekáče s ochranou proti úderu kladivem a ochranné rukavice
27
Dvoukotoučová dílenská bruska pro ostření nástrojů
4.2.7 Řezání Řezání patří mezi základní druhy dělení materiálu. Pomocí vícebřitového nástroje (pily) oddělujeme materiál odebíráním třísek. Pilové listy pro řezání kovů jsou ocelové pásy s jednostranným nebo oboustranným ozubením, které jsou vyrobeny z kvalitní oceli. Pro strojní řezání se používají pilové pásy. Jejich konce jsou spojeny pomocí tvrdého pájení mosazí a tvoří uzavřený pás. Při práci na kotoučových pilách se používají celistvé pilové kotouče nebo kotouče se vsazovanými několikazubovými segmenty. Tento postup však vyžaduje dodržení povolené rychlosti otáček a posuvu a zároveň intenzivní mazání a chlazení pomocí strojní emulze. Zuby mají tvar trojúhelníku. Mohou být širší, než je ocelový pásek, nebo jsou střídavě vyhnuty do stran. Při řezání vzniká drážka širší, než je pilový list, takže se pilový list v drážce nezadírá. Pilový list vkládáme do drážky špičkami zubů dopředu (ve směru řezu). Pilový list upínáme do rámu tak, že leží v jeho rovině. Důležitá je geometrie tvaru zubu, která závisí na druhu řezaného materiálu. Úhel čela ϒ se u pilových listů pohybuje v rozpětí od 0 až 10o. Platí zásada, že čím je větší úhel, tím je větší úběr třísky. Při dělení tvrdého materiálu musíme použít pilový list s malým úhlem ϒ a naopak. Úhel břitu β má vliv na pevnost zubu, pro tvrdé materiály se volí větší, na měkké menší. Při řezání měkkých materiálů vzniká totiž velké množství třísek, které by ucpávaly zubové mezery. Při dělení tvrdých materiálů vzniká třísek méně, proto se volí úhel β větší. Tím získáme jemné rozteče pilových zubů.
28
Geometrie pilového listu
Hustota ozubení: Udává se počtem zubů na délku 1 anglického palce (25,4 mm). Pro měkké materiály – měkká ocel, měď, hliník - se používá 14 až 16 zubů na 1“, na tvrdší ocel a mosaz 18 až 25 zubů na 1“, na plechy a tenkostěnné profily se používá 25 až 32 zubů na 1“.
Pilky na kov
29
Základní pokyny pro řezání:
před řezáním si nejdříve přesně označíme místo řezu materiál upneme pevně do svěráku tak, aby místo řezu bylo co nejblíže čelistem svěráku – výrazně tím omezíme vibrace nejdříve si materiál krátkými tahy nařízneme šikmo skloněnou pilkou, doporučuje se začátek řezu napilovat řežeme pod úhlem asi 5° - 10°, tlak vyvíjíme jen ve směru řezu zubů (dopředu), při pohybu zpátky pilu odlehčujeme dodržujeme správné držení pilky a postoj při řezání řežeme plynulým a pravidelným rytmem a pokud možno po celé délce pilky boky pilky při větší hloubce řezu lze lehce potřít mazacím tukem pro zmenšení odporu řezání Nezapomeň! Dílenský list T1/1
při řezání měkkého materiálu musíme použít pilku s menším počtem zubů na 1“, aby se zuby neucpávaly a zvýšil se řezný výkon. u tvrdého materiálu je tomu naopak: čím více zubů, tím tvrdší materiál V rámci odborného výcviku si ověř, zda toto pravidlo opravdu platí! Otázky 1. 2. 3. 4. 5. 6.
K jakému účelu slouží sekání? Z jakých částí se skládá sekáč? Jaké druhy sekáčů znáte? K jakému účelu slouží řezání? Z jakých částí se skládá ruční pilka? Vyjmenuj zásady pro upínání materiálu při ručním řezání.
4.3 Lepení, pájení 4.3.1 Lepení Lepení je velmi spolehlivý a poměrně rychlý způsob k vytvoření nerozebíratelných spojů. Umožňuje spojování různých materiálů, a tím i výrobu polotovarů, které se dnes již vyrovnají polotovarům vyrobeným svařováním a pájením, dokonce jev mnohém předčí. Lepením můžeme provádět mnoho operací, například:
opravy zlomených a poškozených součástí opravy pórovitých a opotřebených součástí opravy trhlin a nerovností povrchů obnovy a rekonstrukce pro nové umístění součástek
30
Ukázka dvousložkových pryskyřic pro různá použití
Lepené spoje mají řadu předností:
lepený spoj nezeslabuje spojovací materiály, jak je tomu například u nýtování nebo šroubování, v některých případech je dokonce lepší (např. pokud jsou fyzikální vlastnosti lepidel lepší než vlastnosti základního lepeného materiálu). umožňuje lepit různé materiály – kovy, nekovy, nebo kombinace kovů a nekovů po slepení materiálu vznikají jen velmi malé deformace spoje vykazují velmi dobrou odolnost proti povětrnostním vlivům nízká hmotnost lepených spojů
Nevýhody lepených spojů:
oproti svarovým spojům mají nižší pevnost, která je závislá výrazně na teplotě – zpravidla se ze zvyšující se teplotou pevnost spojů zmenšuje omezená použitelnost s ohledem na spojované materiály stále relativně vysoká cena kvalitních lepidel
31
Lepidla Lepidla slouží ke spojování materiálů. V současnosti se vyrábí mnoho druhů lepidel, které se liší svým chemickým složením. Při výběru lepidel pro realizaci lepených spojů se řídíme návodem k použití, který uvádí firemní literatura. Přehled několika druhů lepidel běžně dostupných na našem trhu: HERKULES - patří mezi univerzální lepidla ředitelná vodou - výborně lepí papír, dřevo, kůži, korek, dřevovláknité desky - použití v domácnosti i v dílně CHEMOPRÉN, SIGAPRÉN, SIGAPUR - jednosložková kontaktní lepidla - hlavní složka: chlorkaučuk - postupně byla vyvíjena tak, aby získala větší pevnost spoje při vyšší teplotě - výborně lepí přírodní materiály – PVC, gumu, korek, kůži, papír, kovy - lepené spoje jsou dostatečně pevné až do teploty 80o C. - lepený spoj zůstává pružný, odolává vodě i běžným chemikálií - nehodí se k lepení polystyrénu, měkčeného PVC, PE a PP - k ředění se používá toluen 3-TON EPOXY - dvousložkové epoxidové lepidlo - obsahuje ocelové plnidlo - ve dvou tubách: tuba A obsahuje živici, tuba B obsahuje tvrdidlo po slepení; obě tuby mícháme v poměru 1:1 - k opravám a lepení kovových částí – ocel, litina, hliník a jeho slitiny, barevné kovy; v mnoha oborech opravárenství - spoje snášejí teplotu od -20 do + 120o C. - použití je téměř univerzální, nehodí se k lepení papíru, textilu, teflonu - po 30 minutách můžeme s lepeným předmětem manipulovat, úplné pevnosti dosáhne po 14 hodinách EPROSIN 1260/30 - dvousložkové lepidlo s podobnými vlastnostmi jako EPOXY - hlavní použit: v elektrotechnice jako licí pryskyřice k zalévání koncovek a spojek kabelů - neobsahuje ocelové plnidlo - výborné izolační vlastnosti - nelepí polystyren, PVC, PE a PP TMEL SUPER PLUS - dvousložkový, jemný rychleschnoucí polystyrenový tmel - ze 100 dílů tmelu a 2 dílů iniciátoru (PE) - na vyrovnávání rýh a prohlubní karoserií před konečným nástřikem - dá se výborně zabrušovat, lze s ním upravovat povrch odlitků, odstraňovat póry, trhliny ve dřevě, betonu, laminátu a podobně - nesmí se používat na dětské hračky, nábytek a části, které přijdou do styku s potravinami a pitnou vodou
32
Lepidla by měla mít tyto vlastnosti:
dobrou adhezi (přilnutí) s ohledem na chemické složení, kvalitu a vlastnosti povrchu (savý, nesavý apod.) dobrou kohezi (soudržnost lepidla po vyzrání) dobrou zpracovatelnost – to znamená snadnou manipulaci s jeho složkami, snadné míchání v požadovaném poměru, snadné nanášení a optimální dobu vyzrání Těmto vlastnostem nejlépe vyhovují epoxidové pryskyřice, vinylické polymery, polyuretanová lepidla – nejoblíbenější jsou dvousložkové vytvrzující přípravky
4.3.2 Tmelení Používá se pro zamezení vzniku prachu, nečistot, vlhkosti. Tmelením můžeme zabránit úniku tekutin či plynů, nebo se používá jako ochrana proti mechanickému poškození, snížení hluku, nebo jako spojovací prostředek. Druhy tmelů a) vytvrditelné – po nanesení ztvrdnou, existují i takové, které si zachovávají určitou pružnost b) netvrditelné – zůstávají stále pružné, a proto je nemůžeme použít jako spojovací prostředek Tmely jsou látky vyrobeny na základě epoxidů, akrylů, polyuretanů, silikonů, apod. Jejich vlastnosti lze vylepšovat vhodnými plnidly – např. skelnými vlákny, práškovými kovy, keramickým práškem atd. Způsoby úprav lepených spojů: Před samotným tmelením nejdříve provedeme vyčištění budoucího spoje pomocí mechanických nebo chemických prostředků tak, aby místo spoje neobsahovalo žádné nežádoucí části. Důležitá je také technologie spoje. Abychom zabránili odlupování lepených dílů, což je častá závada při spojení přeplátováním, podložíme díly stykovou deskou, nebo provedeme skosení hran (u silnějších materiálů). Pro výrazné zlepšení mechanické pevnosti se používá drážkování, kterým významně zvětšíme lepenou plochu a také zamezíme odlupování. Tenké plechy spojujeme lemováním. Příprava lepených spojů se velmi podobá přípravě spojů pro měkké nebo tvrdé pájení. Při úpravě součástí pro zalévání pryskyřicemi postupujeme podobně, ale s tím rozdílem, že musíme zajistit, aby zalévací hmota vyplnila dokonale celý prostor určený pro zalévání. Z tohoto důvodu provedeme opatření, aby zalévací hmota nemohla z prostoru vytéci. Prostor opatříme odvzdušňovacími otvory, čímž docílíme toho, že je celý prostor bez vzduchových bublin. Bezpečnostní zásady: V prostorách, v kterých se provádí lepení a zalévání s těkavými a škodlivými látkami (toluen apod.) se nesmí jíst, pít a kouřit. Tyto prostory musí být dobře větrané. Při práci je nutné používat ochranné pomůcky – pryžové rukavice, ochranné brýle a podobně. Po skončení práce musíme věnovat náležitou pozornost osobní hygieně. K odstranění pryskyřice použijeme např. acetonové ředidlo. Po důkladném omytí rukou je ošetříme vhodným krémem.
33
Otázky 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Vyjmenuj druhy lepidel, jejich vlastnosti a jaké je jejich použití. Jaké znáš druhy tmelů? Vyjmenuj jejich vlastnosti a možnosti jejich použití. Popiš přípravu pro lepené spoje. Jakou přípravu musíš udělat pro zalévání? Jaké jsou výhody a nevýhody lepených spojů? Jaké bezpečnostní zásady musíš dodržet při lepení a zalévání?
4.3.3 Pájení Pájením na měkko dosahujeme pevného a nepropustného spoje pomocí přístroje, který se nazývá pájedlo. To vytvoří teplo potřebné pro roztavení pájky. Může být použito trafopájedlo (75 nebo 100W) – pro pájení spojů v elektrotechnice, nebo mikro pájka – pro pájení mikroelektrických součástek. Pro klempířské práce se používají elektrická odporová nebo benzínová pájedla. Druhy pájedel (viz obrázek dole) Zleva:
elektrické odporové pájedlo 300W pro klempířské pájení elektrické trafopájedlo 100W pro pájení elektrických součástek elektrické odporové pájedlo pro pájení tenčích plechů a součástek benzínové klempířské pájedlo tavidlo – kalafuna trubičková pájka 6O/40 (Sn/Pb) plněná tavidlem
Pájení je proces, kterým vznikne nerozebíratelné spojení kovů stejného nebo jiného chemického složení pomocí roztavené slitiny – pájky, která se přikládá na pájené plochy a v tekutém stavu vyplní mezery mezi nimi a může pronikat i na jejich povrch. Pájené plochy nejsou natavené, ale smáčené roztavenou pájkou. Pájka proniká do základního materiálu difúzí, dochází k promísení částic pájky a základního materiálu, čímž se vytvoří pájený spoj. Teplota tání pájky je vždy nižší než teplota tavení základního kovu. Pevnost pájeného spoje je dána pevností mezivrstvy pájeného kovu (pájka – pájený kov). Čím je tenčí tato mezivrstva, tím větší pevnost dosáhne pájený spoj.
34
Měkké pájky se vyrábějí jako slitiny cínu a olova v různých vzájemných poměrech – od 33 do 90 % obsahu cínu v pájce. Teplota tavení měkkých pájek je v rozmezí od 180 do 240o C. Pevnost se pohybuje v rozsahu 7 – 9 kp/mm2. Po přidání kadmia nebo vizmutu lze teplotu tavení snížit až na 60o C, avšak na úkor pevnosti spoje. Pozor na použití pájky v potravinářství – pájka obsahuje určitou část olova, které je jedovaté! Zde musíme používat pájky s obsahem 99 % Sn. Požadované vlastnosti pájky
dobrá zatékavost a vzlínavost vyhovující mechanická pevnost co nejmenší rozdíl elektrického potenciálu vůči základnímu materiálu nízká cena
Tavidla Aby došlo k dobrému spoji, je nutné spoj nedříve dokonale mechanicky, případně chemicky očistit. Posléze na spoj nanášíme tavidla. Jsou to kapalné, nebo tuhé chemické látky, které odstraňují z pájených ploch nečistoty a oxidy a zabraňují jejich dodatečné oxidaci. Aby působila co nejúčinněji, musí se tavit při teplotě nižší než je teplota pájení. Pro měkké pájení používáme roztok vody a chloridu zinečnatého, nebo amoniakovou sůl. Zbytky tavidel se musí odstranit, aby se zabránilo korozivním účinkům. Tam, kde nemůžeme tavidlo dobře omýt (například elektrotechnické součástky) používáme jako tavidlo kalafunu. Ta se při pájení částečně teplem odpaří, zbytek odstraníme snadno mechanicky nebo lihem. Pro tvrdé pájení oceli a mědi používáme zrnitou směs boraxu a kyseliny borité. Pro pájení mosazi se používá borax nebo jeho směs s chloridem a uhličitanem sodným. Zbytky tavidel odstraňujeme vodou nebo mořením v roztoku kyseliny chlorovodíkové a neutralizaci provedeme pomocí čpavkové vody. Na očištění pájedla – pájecího hrotu používáme salmiak nebo ocelový kartáč. Pájecí hroty všech druhů pájedel se vyrábějí z mědi. Nelze-li je již dokonale vyčistit salmiakem nebo ocelovým kartáčem, použijeme jemně pilník. Opilované plochy pájecího hrotu musíme poté znovu pocínovat. Pájení na tvrdo Je odolnější proti mechanickému namáhání než pájení měkké. Snese zpracování kladivem, je nepropustné, vydrží teploty 250o C – 1 000oC při pájení měděnou pájkou. Pájíme zejména součástky z oceli, bronzu, mosazi a temperované litiny. Tvrdé pájky jsou na bázi slitin mědi 42 – 70 %, zbytek je zinek, ale také stříbra 7 – 50%. Čím je větší obsah mědi, tím je vyšší teplota tavení 650oC – 1 000oC. Dodávají se ve formě zrnek, holých nebo obalovaných drátů apod. Používají se na spoje větší pevnosti (až 500 MPa). Stříbrné pájky vytvářejí houževnatější a pevnější spoje, než pájky mosazné. Otázky 1. 2. 3. 4. 5.
Popiš princip pájení. Jaké znáš druhy pájení? Vyjmenuj druhy pájedel a pájek. Popiš princip lepení. Vyjmenuj druhy lepidel.
35
6. Porovnej výhody a nevýhody lepení a pájení. 7. Kdy používáme tmelení a na jakém principu je založeno? 8. Jaké znáš druhy tmelů?
4.4 Svařování Svařování je postup, sloužící k vytvoření trvalých, nerozebíratelných spojů dvou nebo více součástí. Tlakové svařování je svařování za působení tlaku, tavné svařování za působení tepla. Svařovat lze kovové i nekovové materiály, materiály podobných i různých vlastností. Pro různé typy spojů a materiálů jsou vhodné jiné metody svařování. Při svařování dojde vždy ke změně fyzikálních nebo mechanických vlastností základního materiálu v okolí svaru. Při tom se přídavný kov spojuje se základním kovem v nedělitelný a stejnorodý celek, dojde k metalurgickému spojení. Způsoby svařování: Plamenem
Teplo je vytvářeno spalováním plynového paliva s kyslíkem, nebo vzduchem. Pro svařování plamenem používáme přídavnou elektrodu. Plyn může být acetylén (C2H2), vodík (H2), propan-butan. Acetylén – se dodává v tlakových lahvích označené bílým pruhem. Vyrábí se rozkladem karbidu vápníku vodou (ve vyvíječích). Spalováním jeho směsi s kyslíkem lze dosáhnout teploty až 3 200oC. Běžně se odebírá z tlakové láhve, při větší spotřebě z vyvíječů. Acetylen nelze plnit přímo do lahví, protože při tlaku větším než 2kp/cm2 hrozí nebezpečí výbuchu. Z toho důvodu jsou tlakové láhve naplněny pórovitým materiálem - nasyceným acetonem. V 1 litru acetonu se rozpustí asi 24 litrů acetylénu při tlaku 1kp/cm2 , proto můžeme lahve plnit tlakem asi 16kp/cm2. Tím získáme asi 6 000 litrů acetylenu. Při svařování musí stát láhev s acetylenem ventilem nahoru, aby nebyl aceton strháván acetylenem. Směs acetylénu se vzduchem je při koncentraci asi 3% s acetylénem výbušný. Naštěstí případný únik včas poznáme podle charakteristického zápachu, a to již při malé koncentraci. Acetylenové láhve musíme proto skladovat v dobře větraných prostorách. Kyslík je stlačen v tlakových lahvích na tlak asi 150 kp/cm2. Láhev o obsahu 40 litrů, výšce 1 800 mm a průměru 200 mm obsahuje asi 6 000 litrů kyslíku. Armatury ventilů musíme chránit před přímým stykem s olejem, nebo jiným tukem. Hrozí nebezpečí výbuchu, proto ani těsnění nesmí být kožené, ale jen fíbrové! Pro svařování tímto zařízením musí mít pracovník platnou svářecí zkoušku! Elektrickým Teplo získáme obloukem mezi dvěma elektrodami, nebo mezi elektrodou a základním obloukem kovem. Elektrody mohou být obalené nebo holé. Holé elektrody jsou spojeny s použitím inertního plynu, který zabraňuje přístupu vzdušného kyslíku do svaru. U obalených elektrod tuto funkci plní zásaditý nebo kyselý obal. Při tomto typu svařování používáme svářečky na střídavý nebo stejnosměrný proud se sníženým napětím a zvýšeným proudem. Pro svařování tímto zařízením musí mít pracovník platnou svářecí zkoušku! Odporové Teplo vzniká průchodem elektrického proudu mezi styčnými plochami spojovaných elektrické součástí, které mu kladou odpor. Přechod může vzniknout mezi měděnými hroty, nebo kladkami (bodové nebo švové), nebo mezi konci tyčí, trubek, drátů. Vyžaduje velké proudy za spolupůsobení tlaku. Pro svařování tímto zařízením musí mít pracovník platnou svářecí zkoušku! Třecí – Teplo vzniká třením dvou materiálů o sebe – trubky, tyče, hřídele. Otáčením a následným mechanické tlakem dochází k ohřátí materiálu na tavnou teplotu a nastane svaření. Po přípravě svarových ploch (srovnání a očištění) je jedno těleso upevněno k stacionární části a druhé těleso je připevněno k rotační části. Druhé těleso se roztočí a působícím tlakem v ose rotace se přitlačí ke stojícímu tělesu. Na kontaktní ploše mezi oběma tělesy vzniká za působení tření vysoká teplota, zhruba na úrovni 80 až 85% teploty tavení, a oba materiály
36
na kontaktu splastizují při současném působení tlaku. Během svařování dojde ke vzniku tzv. výronku, který se většinou odstraňuje. V ohni kovářským způsobem Termitové
– Spojované součásti se ohřejí do těstovitého stavu, působením tlaku nebo rázu se svaří. Tento způsob patří mezi nejstarší způsoby svařování. Stále je používán v uměleckém kovářství. Teplo se vyvíjí chemickou reakcí mezi hliníkem a kysličníky železa. Získaná tekutá ocel tvoří přídavný kov ve sváru. Používá se při svařování kolejnic. Pro svařování tímto zařízením musí mít pracovník platnou svářecí zkoušku! Slévárenské Teplem obsaženým v roztavené oceli se taví základní kov. Slévárenské svařování se používá ve vysokých pecích při zpracování železného šrotu. Svařování Svařování tlakem za studena probíhá při přiblížení povrchů svařovaných těles tlakem za na vzdálenosti atomů v mřížkách, kterého dosáhneme působením vysokého tlaku. Ve svařované oblasti musí být dosaženo minimálně 60 % plastické deformace (tečení). studena Energie, kterou přivádíme na materiál, je pouze tlak a ke spojení zpracovávaného materiálu dojde v tuhém stavu. Tento způsob se využívá například při výrobě Cupalových plechů k propojení mědi a hliníku. Svařování plastů
Svařovat lze pouze termoplasty, proto se používá v odborné literatuře pojem svařování termoplastů. Na rozdíl od svařování kovů nedochází při svařování termoplastů v tavenině k zásadní přeměně materiálu. Řetězce makromolekul se při ohřívání materiálu nemění, dojde pouze k jejich propletení a po ochlazení svaru se v něm znovu vytvoří vazebné síly. Pro tento typ svařování se používají především metody svařování horkým tělesem nebo horkým vzduchem.
Bezpečnost práce při svařování Obsluha a práce na svářecích zařízení patří mezi vyhrazené činnosti. Smí je obsluhovat jen osoba starší 18 let s platným oprávněním a zdravotní způsobilostí. Výjimka je pro žáky technických oborů, kteří mohou v rámci odborného výcviku tento nácvik provádět, a to pod dozorem učitele OV, který je tímto výcvikem pověřen. Před účinky záření a tepla musí být svářeč chráněn předepsanými pracovními a ochrannými pomůckami s nehořlavou úpravou. Otázky 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Jaké druhy svařování kovů znáš? Popiš metodu svařování plamenem Popiš metodu svařování elektrickým obloukem Popiš metodu svařování elektrickým odporem Popiš metodu svařování třením Popiš metodu svařování kovářské Popiš metodu svařování tlakem Které druhy plastů můžeme svařovat?
37
4.5 Strojní obrábění 4.5.1 Soustružení Soustružení je strojní obrábění rotačních součástí pomocí obráběcího stroje – soustruhu. Při tomto typu obrábění používáme jednobřitý nástroj – soustružnický nůž. Soustruhem můžeme opracovávat různé druhy kovů – ocele, barevné kovy a jejich slitiny, plasty, dřevo a podobně. Druhy soustružení:
podélné soustružení čelní soustružení zapichování
Při soustružení jsou vykonávány dva řezné pohyby. Hlavním řezným pohybem je rotace obrobku kolem své osy s doporučenou obvodovou rychlostí, která závisí na obráběném materiálu, druhu operace, způsobu mazání, druhu nože apod. K určení optimálních otáček použijeme příslušné strojnické tabulky. Druhým hlavním pohybem je podélný posuv, který vykonává nástroj. Udává se v milimetrech za otáčku. Výsledkem posuvu je šroubovice. Jako další možný posuv je příčný posuv, jehož výsledkem je Archimédova spirála. Soustružením je možno obrábět vnější i vnitřní válcové plochy, provádět zarovnání čel, zápichy (vnitřní nebo vnější), upichování, řezání závitů. Kuželové plochy se obrábějí vyosením koníka, nastavením vedlejšího suportu nebo kopírováním podle pravítka. Soustružnické nože mají velmi rozmanité tvary, nebo profily a podle uspořádání břitu se dělí na tangenciální a kotoučové. Základní pojmy spojené se soustružením
obráběná plocha = povrch, který se bude obrábět obrobená plocha = povrch vzniklý obráběním obráběná výška = výška odebírané plochy řezný nástroj = nástroj, kterým se obrábí (řezný klín) tříska = odebíraný materiál, který je znehodnocený hlavní řezný pohyb = pohyb obrobku ve směru obrábění
Vrtání na soustruzích Soustruh umožňuje také vrtání. Používá se klasický spirálový vrták, který je pevně upnut ve sklíčidle koníku, kdežto obrobek se otáčí. Pro vyvrtávání velkých průměrů můžeme použít nůž, kterým se rozšiřuje předvrtaný otvor.
38
Spirálový vrták pro vrtání na soustruhu
Druhy soustruhů Univerzální soustruh: Je ovládán ručně obsluhou. Obrobek se při opracování otáčí kolem vodorovné osy. Soustruh se skládá z vodorovného lože, vřeteníku s převodovou skříní, suportu, nebo saní s nožovou hlavou a koníku s pinolou. Stroj se vyrábí v širokém rozmezí velikostí. Hodinářský soustruh: Jeho délka mezi hroty je kolem 250 mm, nemá automatické posuvy a bývá umístěn na stole.
Mechanický soustruh: Mívá délku mezi hroty kolem 500 mm, bývá vybaven automatickým podélným posuvem a zařízením na řezání závitů.
39
Dílenský univerzální soustruh: Může mít délku mezi hroty až několik metrů, mívá automatický posuv podélný i příčný a zařízení na řezání závitů. NC soustruh: Je to vlastně běžný soustruh ovládaný číslicovou řídící jednotkou nebo počítačem (CNC). Tato modernizace umožňuje standardizovat výrobní proces, předejít lidským chybám a vytvářet složitější povrchy na obráběném materiálu díky zabudovaným programům s možností tvorby vlastních. Revolverový soustruh (revolver): Používá se převážně v hromadné výrobě menších součástek. Místo držáku soustružnických nožů má otočnou hlavici, do níž lze upnout několik různých, fixovaně umístěných nástrojů, takže umožňuje dělat řadu operací na jedno upnutí bez jejich nastavení. Bývá většinou vybaven číslicovým řízením a dalšími automatizačními prvky. Karusel: Je zvláštní typ soustruhu používaný pro obrobky velkých průměrů, které se upínají na vodorovný stůl a otáčejí kolem svislé osy. V ČR se používají karusely s maximálním průměrem obrobků okolo 18 m. Soustruh na dřevo: Skládá se z jednoduchého vřeteníku, lože a koníku. Místo suportu mívá obvykle jen podpěrku, o niž soustružník opírá nůž.
4.5.2 Frézování Frézování řadíme mezi strojní obrábění kovů nebo dřeva vícebřitým nástrojem (frézou), při kterém hlavní rotační pohyb koná nástroj a vedlejší pohyb (přísuv, posuv) obrobek. Frézování probíhá ve třech osách. Ve více než třech osách pracují víceosá obráběcí centra řízená CNS systémy. Frézovací stroj se nazývá frézka, frézovací nástroj fréza. Frézování se dělí na sousledné, při němž se
40
nástroj otáčí ve směru pohybu stolu s obrobkem, a nesousledné, kdy je tomu opačně (nástroj se otáčí proti směru pohybu stolu s obrobkem). Na obrázku níže vidíme frézy pro kovy a dřevo a soustružnické nože:
strojní frézovací kotouče pro dělení kovových materiálu a drážkování strojní čelové frézy pro kov a dřevo stopkové frézy na dřevo (vpravo nahoře) stopkové frézy na kov (vpravo druhá pozice dolů) záhlubníky, předvrtávač, upínací klíč do univerzální soustružnické hlavy (vpravo třetí pozice dolů) různé typy soustružnických nožů (vpravo třetí pozice dolů)
4.5.3 Broušení Broušením dosáhneme nejvíce jemného povrchu obráběných součástí. Používá se jako konečná úprava povrchů, lepší je jen už jen lapování a zaškrabování, které však již v době přesných technologií nemá takový význam jako dříve, kdy bylo nutné jednotlivé strojní součásti navzájem ručně přizpůsobovat. Broušení je technologie obrábění, při níž se materiál ubírá množstvím nepravidelných a nahodile orientovaných břitů. Ruční broušení patří mezi nejstarší způsoby obrábění. Strojové broušení se používá k obrábění kovů, keramiky, skla, ale také dřeva a umělých hmot. Brousit lze i nejtvrdší materiály. Výhodou strojového broušení je vysoká přesnost a velmi kvalitní povrch obrobku. Brusivo K broušení využíváme drobné částečky velmi tvrdého materiálu, které se používá jako volné brusivo (prášek) hnaný stlačeným vzduchem, nebo kapalinou, nebo ve spojení s emulzí, případně mohou být nalepená na pružnou podložku (smirkový papír, plátno), nebo spojené pevným pojivem. Přírodní brusiva: Používá se obvykle kámen (např. pískovec), pemza (pro hrubší broušení) a speciální druhy smirku (korund), nebo břidlice pro jemné broušení. Většinou to jsou usazené horniny, které obsahují
41
jemné částečky velmi tvrdých minerálů. Tyto částečky působí jako břity. Když se při broušení otupí, vylomí se, místo nich působí další ostrá částečka. Množství brusiva se zmenšuje a vzniká brusný prach Umělá brusiva: Obsahují brusný materiál (diamant, umělý korund, karbid křemíku, sklo apod.) v měkčím pojivu s větším nebo menším podílem pórů. Nejběžnějším umělým brusivem je pórovité karborundum (směs karbidu křemíku lisovaná za vysoké teploty). Broušení volným brusivem: Práškem na dřevěné podložce se leští za mokra například sklo. Kovovou (měděnou nebo ocelovou) podložkou se brousí diamanty a drahé kameny, brousí se i velmi tvrdé materiály. Prášek může být v tekutém nebo voskovém pojivu (brousicí a lešticí pasty). Volným brusivem brousíme a leštíme optická skla (čočky, hranoly, zrcadla), zvláštní technologií se brousí astronomická zrcadla pro velké dalekohledy. Broušení pomocí brusek: Pro ruční broušení nástrojů, dobrušování a úpravy povrchů s výhodou používáme stolních nebo ručních brusek a brousících zařízení. Mohou být klasické dvoukotoučové s různými druhy kotoučů, se skokovou, nebo plynulou regulací otáček, s ohebnými hřídeli pro jemné práce, rytí, případně gravírování. Pomocí těchto přístrojů můžeme provádět mnoho druhů brousících operací. Brusky mohou být poháněny točivým, nebo vibračním způsobem. V současnosti trh nabízí mnoho druhů brusných kotoučů a brousících pásů na speciální použití. Otázky 1. 2. 3. 4.
Vyjmenuj základní pojmy spojené se soustružením a vysvětli je. Jaké znáš druhy soustruhů? Popiš podstatu frézování a broušení. Jaké druhy broušení znáš?
4.6 Lisování, nýtování 4.6.1 Lisování Lis je stroj, který slouží k vyvolání tlaku nebo tlakového rázu. Práce s tímto strojem se nazývá lisování. Lis působí silou ve formě tlaku. Druhy lisů: Lisy rozdělujeme do skupin podle a) energie, kterou využívají (ruční lis, hydraulický lis, mechanický lis), b) stavby (např. horizontální lis) nebo způsobu užití (ovocný lis, paketovací lis apod.). Velikost lisů může být různá, od malých lisů pro hodináře po rozměrné tiskařské a průmyslové lisy.
42
Užití lisů: Lisování může být použito v různých oborech:
v potravinářství – pro získávání šťávy z ovoce a zeleniny, oleje a dalších produktů ve strojírenství – pro tváření různých strojírenských výrobků pomocí lisování ve formě (lis patří do podskupiny tzv. tvářecích strojů, příbuznými stroji jsou buchary či strojní nůžky na plech), kde lisy tlakem mění tvar, hmotnost či objem příslušného obrobku. Některé strojírenské lisy se používají také pro vzájemné spojování (či zpětné oddělování) různých strojních součástí bez toho, že by jednotlivé strojní součásti výrazně měnily svůj objem, tvar, či ztrácely svoji hmotnost v odpadovém hospodářství – pro stlačování různých objemných materiálů (rostliny, autovraky, makulatura apod.) v polygrafii – pro tisk novin, knih, časopisů (obecně výroba tiskovin) v textilním průmyslu – při výrobě speciálního textilu, potisku látek různými vzory
4.6.2 Nýtování Nýtové spoje vytvářejí pevné nerozebíratelné spojení. V poslední době začaly být vytlačovány svařováním, lepením, pájením. Díky nově zaváděné technologii dutých nýtů a nýtovacích kleští, se znovu vracejí do praxe. Umožňují v domácích podmínkách pomocí vrtačky vytvářet pevné a rychlé spoje díky velké nabídky různých rozměrů a materiálů. Vyrábějí se z hliníku, mědi i nerezu. Nýtovací kleště a duté nýty
Nýty se vyrábějí z měkké oceli, mosazi, mědi, hliníku a jiných kovů. Plné nýty jsou používány pro spojování tlustých plechů. Vyrábějí se většinou s půlkulatou hlavou. Chceme-li mít lícní stranu hladkou, použijeme nýty se zapuštěnou hlavou. Pevnost tohoto spoje je však podstatně menší, než při použití půlkulaté hlavy. Na slabé plechy používáme duté nýty. Nýty do průměru 10 mm nýtujeme za studena. Nýty větších průměrů nýtujeme za tepla. Délku nýtů volíme tak, aby pro vytvoření půlkruhové, kuželové a válcové hlavy vyčnívalo ze spojovací
43
součásti 1,5 až 1,6 průměru nýtu. Pro zapuštěné hlavy je délka asi 0,8 až 1 průměru nýtu. Chyby při nýtování vznikají nesprávným postupem práce, špatnou volbou nýtu nebo špatným zahloubením. V minulosti se nýtování za tepla používalo pro spoje tlakových nádob, ocelových konstrukcí budov, hal, ale i mostů. Nýtování za tepla se dnes používá spíše v kovářském řemesle, případně při opravách technických památek. Chyby při nýtování: a, b – špatně zatažený nýt c – špatně zahloubená hlava d – nesouosé díry e – šikmo napěchovaný nýt Základní chyby při nýtování:
Druhy nýtů Nýty mají různé tvary hlavy:
půlkulatou (vystouplou), zapuštěnou (rovnou), polozapuštěnou (čočkovou).
Způsoby nýtování
ruční s kladivem a přípěrkou strojní
44
Pracovní postup při nýtování Při nýtování se dřík nýtu zasune do otvorů ve spojovaných materiálech, hlava nýtu musí překrývat okraj otvoru v dostatečné ploše. Na druhé straně spojovaného materiálu se vyková závěrná hlava. Vykování závěrné hlavy se provádí ručně kladivy, za pomocí hlavičkáře, pneumatickými kladivy nebo lisy (hydraulickými, pneumatickými nebo elektrickými). Při chladnutí se nýt smrští, čímž stáhne nýtované součásti k sobě. Další možností vytvoření závěrné hlavy je lisování nebo rozválení. Ocelové nýty do průměru 10 mm a všechny neželezné nýty nebo nýty z lehkých kovů se nýtují za studena. Otázky 1. 2. 3. 4. 5.
K čemu slouží lisování a jaký je jeho princip? Jaké znáš druhy lisů? K čemu slouží nýtování, na jakém principu je založeno? Vyjmenuj druhy nýtů. Jaké nástroje se používají pro ruční nýtování?
45
5 ZÁKLADNÍ ELEKTROMONTÁŽNÍ PRÁCE 5.1 Základní požadavky na návrh a provedení elektroinstalací 1. Bezpečnost osob, užitných zvířat a majetku je hlavním požadavkem: Všechna rozvodná zařízení (rozvaděče, spotřebiče, instalace), musí být navržena a provedena tak, aby nedošlo k nahodilému, neúmyslnému doteku živých částí elektrických zařízení s obsluhou, nebo k poškození zařízení, ohrožování zdraví, atd. 2. Provozní spolehlivost je dalším důležitým požadavkem. Proto jsou rozvody elektřiny zajištěny podle těchto stupňů spolehlivosti: I. stupeň Elektřina z rozvodné sítě (elektrárna) musí mít na výstupu (odběratel) požadované parametry (napětí, frekvence, sled fází). V mnoha oblastech odběrných míst potřebujeme elektřinu neustále (např. nemocnice, průmyslové a chemické provozy). V případě výpadku elektřiny tu může dojít k ohrožení života člověka, zvířete nebo k velké ekonomické ztrátě, proto zde používáme náhradní zdroje elektrické energie (motorgenerátory, akumulátory). II. stupeň Jsou odběrná místa, kde při výpadku proudu nedojde k ohrožení života ani k velkým ekonomickým ztrátám, není nutný náhradní zdroj elektrické energie. III. stupeň Do této kategorie odběru elektrické energie patří všechny domácnosti - maloodběratelé. V těchto případech není také nutné zabudovat do rozvodu elektrické energie náhradní zdroje, protože výpadek elektrická energie neohrožuje lidské životy ani majetek. 3. Přehlednost rozvodů: Je důležitá zejména s hlediska bezpečnosti. Významně napomáhá k rychlé lokalizaci poruch a jejich odstranění. V elektrických rozvodnách je důležité vhodné uspořádání velínů a dozoren, především dobrá přehlednost signalizace stavu elektrického zařízení na ovládacích pultech a panelech. V domovních rozvodech dbáme na dobrou přístupnost ke spojům, v rozvaděčích na přehledný způsob zapojení, značení kabelů a elektrických obvodů. 4. Přizpůsobitelnost elektrického zařízení: V průmyslových provozech je důležité, aby mohly stroje snadno měnit svoji polohu při nutnosti přemístění, nebo změny technologie. Tomu nejlépe vyhovuje například přípojnicový rozvod, kdy z hlavního vedení prostým přemístěním rozvodnic můžeme rychle měnit místa odběrů. V domovních rozvodech počítáme s možností rozšíření odběru – rezervní místa v rozvodnicích, dostatečné dimenzování přívodů a podobně.
46
5. Rychlé odstranění poruchy: Poruchy (nežádoucí stavy) narušují dodávky elektrického proudu, proto se používá ochrana před zkratem a přetížením (jističe), která má zajistit co nejrychlejší odpojení poškozené části od zdroje tak, aby byla postižena co nejmenší část elektrického rozvodu. Toho se dá dosáhnout volbou dobré selektivity jistících prvků s odstupňováním nejméně o jeden stupeň jmenovité hodnoty pojistek nebo jističů. 6. Hospodárnost provozu: Hospodárnost provozu dělíme na náklady investiční a provozní. Investiční náklady představují účelné využití průřezu vodičů. Kvůli vysoké ceně mědi a hliníku je dobré využívat průřez vodiče efektivně (aby odpovídalo zatížení). Doporučuje se používat energeticky úsporné spotřebiče, zejména v oblasti osvětlení, jmenovitých výkonů stroje (odběru elektrické energie při správném účiníku). Tím můžeme výrazně ovlivnit provozní náklady. 7. Využívání opakovaných celků: Využití určitých typových sad přístrojů, které se průmyslově vyrábějí, je mnohem ekonomičtější než vlastní výroba nebo vývoj. 8. Estetika: Nejen estetické požadavky na uložení rozvodu elektrické energie jsou různé v závislosti na typu objektu, ve kterém se bude rozvod (kabely a vodiče) elektrické energie umisťovat. Volíme takové uspořádání, aby v daných prostorách nepůsobilo rušivě. 9. Ohled na informační techniku: Při návrhu a provedení elektrických rozvodů musíme zamezit působení nepříznivých vlivů a rušivých napětí při křižování a souběhu se sdělovacím vedením. Je nutno použít oddělení silnoproudých a slaboproudých rozvodů nebo stíněných vodičů a kabelů. Otázky 1. Vyjmenujte hlavní zásady pro návrh a provedení elektrických instalací. 2. Co může způsobit nedodržení vzdáleností při souběhu a křižování vedením sdělovacím a silovým? 3. Jak dosáhnete investiční a provozní úspornosti?
5.2 Způsoby uložení vodičů Pevné uložení: Rozdíl mezi izolovanými vodiči a kabely:
Izolovaný vodič je opatřen jen základní izolací jádra, trubka nebo lišta nahrazuje plášť kabelu. Izolované vodiče se ukládají se do trubek nebo lišt v izolovaném provedení. Kabely mají další ochranu, kterou tvoří plášť. Proto mohou být ve zdi nebo v zemi.
47
Ukládání holých vodičů Holé vodiče musí být uloženy na izolační podpěry. Vodiče AlFe se ukládají na podpěrné nebo závěsné izolátory. Pásové (sběrnicové) vodiče na speciální podpěrné izolátory, které odolávají elektrodynamickým silám. Ochrana před dotykem živých částí je provedena polohou, tj. jejich umístěním do takové vzdálenosti, aby se na ně nedalo bez použití pomůcek dosáhnout.
5.3 Druhy elektroinstalačního materiálu + NJ Vodiče a ostatní elektroinstalační materiál Vodiče jsou holé nebo izolované (nejčastější izolace je z PVC). Izolované vodiče nejsou uzpůsobeny ke vkládání do vody či zeminy, proto musíme použít kabely. Nejčastější průřezy vodičů jsou: 0,75 - 1 - 1,5 - 2,5 - 4 - 6 - 10 - 16 - 25 - 35 - 50 - 70 - 95 - 120 - 150 - 185 - 240 - 300 - 400 mm2. Pro elektrické instalace z hliníkových vodičů se používá vždy vodič s průřezem alespoň o stupeň vyšší, než kdyby byl vodič z mědi. Nejmenší průřez hliníkových vodičů je povolen od 16 mm 2. Úložný, spojovací a pomocný materiál
Elektroinstalační trubky se podle materiálu dělí na kovové a plastové. Elektroinstalační lišty jsou protahovací a ukládací, značení je: L20; L40; L70. Elektroinstalační krabice jsou podle účelu užití přístrojové, protahovací a odbočné. Do spojovacího materiálu patří spojky a můstky (soustava svorek), které jsou vodivě spojeny. Svorkovnice slouží ke spojování vodičů.
Elektroinstalační přístroje Mezi elektroinstalační přístroje patří spínače, pojistky, jističe, chrániče, elektroměry, relé, stykače, motorové spouštěče, motory, zásuvky, zástrčky a mnoho dalšího. Otázky 1. 2. 3. 4.
Jaký je rozdíl mezi izolovaným vodičem a kabelem? Vyjmenuj způsoby ukládání izolovaných vodičů. Jaké způsoby ukládání kabelů znáš? Popiš způsoby ukládání holých vodičů.
5.4 Druhy a provedení spojů v elektrických zařízeních Požadavky na spoje Spoje v elektrických zařízeních jsou nejvíce namáhané části rozvodů. Většina poruch vzniká právě ve spojích. Proto musí být provedeny tak, aby jejich přechodový odpor byl trvale co nejmenší (maximálně 0,1Ω). Spoj musí být proveden tak, aby byl trvale pružný. Tento požadavek splňují
48
například svorky pro elektroinstalace, které vyvinula a dodává firma WAGO. Vlivem přechodového odporu ve spoji dochází k jeho zahřátí. Vodič a svorkovnice mají různou tepelnou roztažnost, po vychladnutí tím může dojít k uvolnění spoje a tím i ke zvětšení přechodového odporu. Pokud spoj včas nedotáhneme, dojde k havárii spoje, případně jeho vypálení, což může mít za následek třeba vznik požáru. O mechanickém spojování hliníkových vodičů pojednává ČSN 37 0606. Spoje, jimiž se izolovaná vedení spojují nebo připojují, nesmějí snižovat stupeň izolace vedení a musí být odlehčeny od tahu. Vodiče se smějí spojovat jen v krabicích, rozvodkách, rozvaděčích, přístrojích a spotřebičích k tomu uzpůsobených. V trubkách a podobném úložném materiálu (lištách, kanálech) je spojování vodičů zakázáno. Všude, kde je třeba vodiče rozpojovat (místa, kde je potřeba rozpojení pro měření izolace, vyhledání chyb a jejich opravě), použijeme spojů snadno rozpojitelných (např. šroubové nebo bezšroubové svorky). U spojů vodičů v prostředcích, ve kterých hrozí nebezpečí koroze, se musí buď volit kovy v takové kombinaci, aby při namontování vodičů nenastala koroze, nebo zamezit přístupu korozivních činitelů (uzavřením, trvalým zalitím spoje). Ke vzájemnému spojení mědi a hliníku slouží přechodové svorky, které jsou konstrukčně uspořádány tak, aby nedošlo ke vzájemnému styku Cu a Al, protože tyto kovy s přítomností vzdušné vlhkosti tvoří elektrický článek. Další možností je použití Cupalových plechů. Jsou to hliníkové a měděné plechy spojené speciální technologií (tlakovým svařováním) bez styčné mezery, které vložením do spoje na souhlasné kovy odstraní vznik elektrického článku.
5.5 Druhy a zapojení spínačů a přepínačů – řazení 1 - 7 Světelné obvody Světelné obvody jsou určeny k osvětlení prostor objektů. Nejčastěji svítidla umisťujeme na strop do středu místnosti a jejich ovládání u dveří na straně kliky ke vchodu do místnosti. Vzhledem k jištění a jmenovitého proudu volíme průřez měděných vodičů 1,5 mm 2. Na jeden světelný obvod smíme zapojit tolik svítidel, aby nebyl překročen jmenovitý proud obvodu. Při dostatečném průřezu vodičů a ovladačů se mohou světelné obvody jistit proudem až 25 A. 𝑃
Proudovou zátěž vypočítáme podle vztahu: 𝐼 = 𝑈 Ovládání svítidel K ovládání (spínání, vypínání, přepínání) slouží spínače, které se umisťují obvykle 1,2 m nad podlahou. Jmenovitý proud spínačů pro vnitřní osvětlení místností je 10 A. Světelné vedení: Vedení se značí nepřerušovanou čarou. Schémata zapojení vypínačů
49
Pracovní list T/1 Řazení 1
50
Pracovní list T/2 Řazení 2
51
Pracovní list T/ 3 Řazení 5
52
Pracovní list T/4 Řazení 6
53
Pracovní list T/5 Řazení 6+6
54
Pracovní list T/6 Řazení 7
55
Pracovní list T/7 Řazení 1/0
56
Pracovní list T/8 Řazení 1/0+1/0
Otázky 1. Jaké jsou podmínky pro světelné obvody? 2. Vyjmenujte řazení domovních spínačů a jejich použití. 3. Nakreslete schéma zapojení ovládání jednoho svítidla ze dvou míst.
57
6 ZÁKLADNÍ MATERIÁLY POUŽÍVANÉ V ELEKTROTECHNICE 6.1 Železo (Fe) - výroba, vlastnosti Technické železo: Získáváme ho ze železné rudy tavením ve vysokých pecích. Železné rudy mají různý obsah železa, od 20 až 70 %. Krevel 40 až 65%, magnetovec 40 až 70%, hnědel 28 až 45%, po vypražení ocelku získáme 44 až 58 % obsahu železa, vypražený chamosit (šamozit) obsahuje asi 35 % železa. Do vysokých pecí sázíme tyto složky: koks, vápenec a další přísady pro získání požadovaných vlastností technického železa. Po zapálení vysoké pece v ní postupně narůstá teplota na teplotu tavení železa, která činí 1 529 oC. Takovou teplotu dosáhneme pomocí horkého vzduchu v Cowperových ohřívačích. U každé vysoké pece bývají umístěny tři až čtyři ohřívače. Jsou vytápěny vysokopecním plynem, který vzniká ve vysoké peci procesem tavení. Jakmile je železo úplně roztaveno, nadchází „odpich“, na kterém se prorazí jílová zátka a tekoucí železo spolu se struskou se z pece vypouští kanálkem vytvořeným ze slévárenského písku do přistavených vagónů. Protože je struska lehčí než železo, plave na povrchu a nechá se snadno odstranit. Vysoká pec: technologické schéma výroby surové oceli:
58
Výsledné produkty: a) Surové železo – dělí se podle složení na slévárenské (šedé barvy) a ocelárenské (bílé barvy). Obsahuje velké procento uhlíku, 2 až 4 %. Pro jeho špatné vlastnosti se nedá přímo použít. Po dalším zpracování se sníží obsah uhlíku pod 1,7 %, čímž získáme ocel nebo litinu. b) Struska – při vypouštění plave nahoře. Pokud má požadované vlastnosti, dále ji zpracováváme. Například ji používáme jako přísadu do cementu (vysokopecní cement) nebo k výrobě tepelné izolace, kameniva. Ostatní nevyhovující struska se používá na podsypové účely, například pro stavbu silnic a dálnic. c) Vysokopecní plyn – část se využije pro vytápění průmyslových spotřebičů, další část se vhání do předehřívačů čerstvého vzduchu potřebného pro spalovací proces ve vysoké peci. Vlastnosti železa: Je to lesklý bílý kov s hustotou 7,84 kg (dm3) s teplotou tavení 1 539oC. Pro svůj velký obsah uhlíku (2 - 4%) železo dál zpracováváme v ocelárnách – zkujňujeme ho a tím získáme ocel. Vlastnosti oceli: Ocel obsahuje pod 1,7 % uhlíku. Obsahuje také ostatní přísady, tzv. legury. Například nikl (Ni), mangan (Mn), chrom (Cr), molybden (Mo), wolfram (W), křemík (Si), vanad (V). Výroba oceli probíhá v elektrických obloukových, nebo indukčních pecích a v konvertorech – například Oxivit. Pece jsou otočné, dají se vyklápět. Rozžhavená ocel se z pecí vylije do ingotů, kde se dále zpracovává na odlitky, nebo se z ní ve válcovnách vyrábějí profily I, U, V, T, trubky, tyče atd. U ocelí jsou důležité jejich mechanické vlastnosti jako pevnost, tvrdost, pružnost a tvárnost. Těmto vlastnostem odpovídají hodnoty pevnosti v tahu, tlaku, krutu, smyku (střihu) a ohybu. Důležité jsou i technologické vlastnosti – tvárnost, slévatelnost, svařitelnost, obrobitelnost odolnost proti opotřebení a stárnutí. Mezi fyzikální vlastnosti patří magnetické vlastnosti, tepelná vodivost, elektrická vodivost. Ocel je za běžné teploty feromagnetická, za vyšších teplot (od Curieovy teploty) je nemagnetická. Ocel s křemíkem má dobré magnetické vlastnosti, proto se používá na magnetické obvody točivých a netočivých elektrických strojů – motorů, generátorů a transformátorů. Zpracování ocelí: a. ve válcovnách - válcováním za tepla nebo studena se vyrábějí plechy, trubky, profily, b. v tažírnách – výroba drátu, c. ve slévárnách – výroba odlitků. Dělení ocelí a litin podle chemického složení: a) konstrukční b) nástrojové
Konstrukční oceli obvyklých jakostí tříd 10, 11 jsou oceli s větším obsahem fosforu a síry. Ušlechtilé konstrukční oceli uhlíkové třídy 12 a slitinové třídy 13, 14, 15, 16, 17 se vyznačují větší čistotou a dokonalejším způsobem výroby. Slitinové oceli s přídavkem 2.5% jsou nízce legované, nad 2,5 – 5 % jsou středně legované, nad 10 % jsou vysokolegované.
59
Nástrojové oceli jsou buď uhlíkové, nebo slitinové – třída 19.
Výroba litiny: Získáváme jí z šedé litiny. V kuplovnách spalujeme uhlík asi na 2,5 %. Získaná šedá litina není kujná, obtížně se svařuje, dobře se obrábí. Je odolnější proti korozi než ocel. Teplota tavení je 1 200 oC. Používáme ji na odlitky koster strojů nebo k výrobě rámů. Značí se číslem 42, za kterým je dvojčíslí 24 u šedé litiny, nebo 25 u temperované litiny, která se vyrábí zpracováním bílé litiny, nebo 26 u ocelolitiny. Tepelné zpracování oceli: Provádí se zahřátím a následným ochlazením, (kalením) žíháním, popouštěním, cementováním, nitridováním. Těmito postupy měníme mechanické vlastnosti materiálu. Žíhání: Ocel pomalu zahřejeme na určitou teplotu (500 až 600oC), pomalu ji ochlazujeme na teplotu 250 až 300oC a nakonec ochladíme na vzduchu. Žíháním zmenšíme vnitřní pnutí v materiálu. Žíhat můžeme obrobky po svařování, obrábění, tváření za tepla, kalení. Kalení: Kalením dosáhneme větší pevnosti a tvrdosti oceli při zachování její houževnosti. Nejprve materiál ohřejeme a prudce ochladíme ve vhodném kalícím prostředí – voda, olej, solné lázně, kovy s nízkým bodem tání (olovo) nebo vzduch. Povrchové kalení používáme pro získání pevného a tvrdého povrchu. Ohřátí povrchu dosáhneme indukčně, plamenem, a ponorem. U indukčního kalení využíváme vysokofrekvenční ohřev kaleného materiálu. Při kalení plamenem využíváme tlakový hořák. Ponorné kalení provádíme v solných nebo kovových lázních zahřátých na teplotu 1 100 až 1 250oC. Popouštění: Následuje po kalení, účelem je zmenšit vnitřní pnutí a křehkost oceli. Cementování: Je nasycení povrchu materiálu uhlíkem až na 0,8 %. Následuje kalení a popouštění, získáme tvrdý povrch odolný proti opotřebení. Nitridování: Je nasycení povrchu materiálu dusíkem. Získáme povrch odolný proti opotřebení a korozi. Značení ocelí podle ČSN: Značka se skládá z dvojčíslí, mezery, trojčíslí, tečka, číslo: 15 130.3 Z této značky oceli se dá určit kvalita použité oceli hlavně podle prvního dvojčíslí, které označuje třídu oceli. Třídy jsou označeny od 10 do 19 a znamenají:
10 – 11. konstrukční ocel 12 – uhlíková ocel (její vlastnosti jsou dány uhlíkem) konstrukční ocel slitinová (její vlastnosti jsou dány legurami. 13 – oceli legované Mn, Si
60
14 - oceli legované Cr, Mn, Si 15 - oceli legované Mo, Cr, V, Mn 16 - oceli legované Ni, V, Cr, Mo, W 17 - oceli vysokolegované 18 – slinuté, ocelové a litinové prášky 19 – nástrojová ocel
Pro oceli obvyklých tříd 10 a 11 druhé dvojčíslí udává nejmenší mez pevnosti v tahu. Pátá číslice je pořadová a může označovat některou význačnou vlastnost dané oceli. Doplňková číslice podává informace o způsobu tepelného zpracování.
Otázky 1. 2. 3. 4. 5.
Jak se vyrábí železo? Jak se jmenuje výchozí produkt z vysoké pece? Popište postupy pro zušlechťování surového železa. Jak se nazývají zušlechtěná železa? Způsob značení ocelí podle ČSN
6.2 Hliník (Al) - výroba, vlastnosti Hliník je po křemíku nejrozšířenějším prvkem naší planety. Je však obsažen v zemské kůře v tak malé koncentraci, že se jej nevyplatí těžit z jakékoliv zeminy. Výchozí surovinou pro získávání hliníku tak zůstává Bauxit. Hliník musíme získat velmi čistý, protože jakékoliv, i nejmenší přísady, zhoršují převážně jeho elektrické vlastnosti. Proto se hliník vyrábí elektrolyticky vylučováním v elektrolytických lázních. Za působení stejnosměrného proudu se na kladné elektrodě usazuje čistý hliník. Tento způsob výroby je však energeticky velmi náročný. Na území tehdejšího Československa byla v roce 1933 zahájena výroba hliníkových plechů. Později, od roku 1954, započala výroba spotřebního zboží z hliníkových fólií v Břidličné. Společnost ve výrobě nadále setrvává. Od roku 1953 byla zahájena výroba hliníku ve slovenském Žiaru nad Hronom, kam se převážná většina bauxitu dovážela z Maďarska. Výroba primárního hliníku zde byla ukončena v roce 1998. Hlavním důvodem bylo enormní zhoršení životního prostředí v okolí města a možnost lacinějšího dovozu z jiných států (převážně z rozvojových zemí). Špatné vlastnosti hliníku: malá mechanická pevnost, malá odolnost proti tlaku („vytéká“ ze spojů), náchylnost ke zlomení i po několika ohybech, obtížná pájitelnost – musíme používat speciální čistící směsi a přechodové pájky, na vzduchu okamžitě oxiduje, obtížně se třískově obrábí („maže“ se na nástroje), oproti mědi potřebuje 1,6 x větší průřez pro průchod proudu, při přímém spojení s mědí vytváří nestabilní spoje, vyžaduje cupalové spojky.
61
Dobré vlastnosti hliníku: dobře se tváří lisováním, protahováním, oproti mědi má poloviční hmotnost, jeho slitiny s ostatními prvky vykazují velmi dobré vlastnosti. Využití elektrovodného hliníku: Vodiče venkovních vedení – lana AlFe Jádra silových kabelů a vodičů NN, VN a VVN Vinutí elektrických strojů u rotorů třífázových motorů Fólie k výrobě kondenzátorů Konstrukční materiál pro kryty rozvaděčů, elektrických přístrojů a podobně Vrstva vzniklá napařováním ve vakuu např. při výrobě obrazovek, integrovaných obvodů, CD Slitiny hliníku Nejdůležitější je uplatnění hliníku ve formě slitin, z nichž je nejznámější slitina s hořčíkem, mědí a manganem, známá jako dural. Tento materiál má oproti samotnému hliníku mnohem větší pevnost a tvrdost při zachování velmi malé měrné hmotnosti. Zároveň je i značně odolná vůči korozi. Všechny uvedené vlastnosti předurčují dural jako ideální materiál pro letecký a automobilový průmysl, ale setkáme se s ním při výrobě výtahů, jízdních kol, lehkých žebříků a podobných výrobků. Možná zdravotní rizika při používání hliníku: (pro ty, které to zajímá) Již delší dobu existuje podezření, že případný zvýšený výskyt hliníku v krvi může být příčinou vzniku Alzheimerovy choroby, protože prý likviduje mozkové a nervové buňky. Světová zdravotnická organizace (WHO) uvádí možnost existence spojení mezi působením hliníku a Alzheimerovou chorobou. Vyšší frekvence používání deodorantů odpovídá vyšším rizikům vzniku Alzheimerovy choroby. Podle provedených výzkumů byly zjištěny nadměrné koncentrace hliníku v mozku lidí s Alzheimerovou chorobou. Výzkum ověřil tuto teorii laboratorními testy na zvířatech. Pokud byl hliník vpíchnut do mozku laboratorních zvířat, vyvinula se u nich neurologická choroba podobná Alzheimeru. Některé studie oponují, že se tuto spojitost nepodařilo prokázat. Výzkumy, díky kterým vznikl tento předpoklad, mohly být ovlivněny tím, že se část lidí setkávala poměrně často s hliníkovým příborem a nádobím, a proto měli zvýšenou hladinu hliníku. V současnosti je na obsah hliníku velmi pečlivě testována především krevní plazma, která by při pravidelných krevních transfuzích mohla zvýšit hladinu hliníku v krvi pacienta. Obdobná pravidla platí pro všechny dialyzační roztoky, používané při chronickém selhání ledvin. Poměrně diskutovaným problémem je riziko používání hliníkového nádobí a příborů při přípravě a konzumaci potravy. Je pravda, že v podmínkách, kdy se potraviny běžně tepelně upravují a takto zpracované konzumují, je hliník nejstálejší a prakticky nerozpustný. V neutrálním prostředí běžné pitné vody o pH = 7 je hliníkový povrch perfektně stabilní a bezpečný. Problém nastává, když je například vařený pokrm okyselen octem. V poslední době se stále mírně zvyšuje kyselost pitné vody především v důsledku kyselých dešťů. Z těchto důvodů může skutečně nastat situace, kdy se z hliníkových nádob bude uvolňovat hliník při každém použití. Na druhé straně je organismus vybaven řadou bariér, které brání pronikání sloučenin hliníku do tělesných tekutin a buněk.
62
Vdechování jemných prachů hlinitých sloučenin (například oxidu hlinitého), může vyvolat onemocnění plic. Naštěstí je v poslední době používání hliníku v potravinářství omezováno. Zeptejte se rodičů, jak jim chutná pivo z plechovky. Máte rádi nealko nápoje z plechovky? Nebo dáváte přednost neutrálním obalům? Nebo je vám to jedno? Vyzkoušejte si malou anketu a výsledek mě prosím sdělte. Otázky 1. 2. 3. 4. 5.
Popiš postup výroby hliníku. Vyjmenuj fyzikální a mechanické vlastnosti hliníku. Jaké jsou elektrické vlastnosti hliníku? Jaké znáš slitiny hliníku, jejich vlastnosti a použití? Myslíte si, že existují zdravotní rizika při používání hliníku v potravinářství - pokuste se o anketu.
6.3 Měď (Cu) - výroba, vlastnosti Měď (chemická značka Cu latinsky Cuprum) je ušlechtilý kovový prvek načervenalé barvy používaný člověkem již od starověku. V období Římské říše se měď těžila hlavně na Kypru, proto dostala název сyprium (kov Kypru), později se název zkrátil k сuprum. V elektrotechnice se používá elektrotechnická měď s čistotou 99,9 % a bezkyslíková měď s čistotou 99,97 %, která se používá pro vakuovou techniku napařování kovů. Měď se vyznačuje velmi dobrou tepelnou a elektrickou vodivostí, dobře se mechanicky zpracovává a je odolná proti atmosférické korozi. Tento kov je základní součástí řady velmi důležitých slitin a mimořádně důležitý pro elektrotechniku. Proti korozi na vzduchu vykazuje měď velmi dobrou odolnost, protože se působením kyslíku, atmosférické vlhkosti a oxidu uhličitého pokrývá tenkou vrstvičkou zeleného zásaditého uhličitanu měďnatého (měděnkou), která ji účinně chrání proti další korozi (tzv. pasivace). Měď vede v čistém stavu velmi dobře elektrický proud, po stříbře vykazuje druhou nejlepší vodivost ze všech kovových prvků za normální teploty. Zároveň je měď i výborným vodičem tepla. Dobré vlastnosti mědi: dobrá tvárnost (možnost výroby výlisků) dobrá protažitelnost (výroba i velmi tenkých drátů) dobrá pájitelnost (výhodné pro výrobu slaboproudých obvodů) Nevýhody mědi: I při velmi malém obsahu nečistot, zejména antimonu a arzenu, se vodivost výrazně snižuje. Na vzduchu vlivem oxidace tmavne a pozvolna přechází do rezavohnědé barvy. Pro zajištění dobrého elektrického spoje musíme tuto vrstvu odstranit na čistý kov. Při styku se rtutí tvoří měď amalgany a křehne. Při styku se sírou z pryže je její povrch výrazně narušován. Proto musíme vodiče chránit, například pocínováním. Využití elektrovodné mědi: Vodiče na venkovní vedení i troleje (jsou z tvrdé elektrovodné mědi) Vodiče na venkovní sdělovací vedení – telefony, datové rozvody
63
Vodiče na vinutí motorů a transformátorů Jádra izolovaných vodičů, šňůr a kabelů Plošné spoje – kuprexit Přívody kontaktů Prášková měď – sběrné kartáče
Výroba mědi Zdrojem mědi pro průmyslovou výrobu jsou sulfidické rudy, které jsou poměrně bohaté na železo, ale obsah mědi se v nich pohybuje kolem 1 %. Vytěžená ruda se proto nejprve drtí a koncentruje, čímž obsah mědi stoupne na 15 až 20 %. Ze sulfidických rud získáváme měď ve třech základních krocích. První krok: Pražení, jehož podstatou je odstranění co možná největšího množství síry z rudy a převedení co největšího množství sulfidů na oxidy. Oxidy arzenu a antimonu při tomto pražení vytěkají. Pokud klesne obsah síry v rudě natolik, že na jeden atom mědi připadá přibližně jeden atom síry, následuje druhý krok. Druhý krok: Kamínek probíhá v šachtových nebo plamenných pecích za přidání koksu a struskových přísad (nejčastěji oxid křemičitý) při teplotě 1 400°C, aby se odstranil sulfid železnatý FeS. Při tomto pochodu přechází oxid měďnatý vzniklý v minulém kroku opět v sulfid. Sulfid železnatý reaguje s oxidem křemičitým na křemičitan železnatý (strusku). Sulfid měďný, který při reakci vzniká, se spolu s dalšími sloučeninami usazuje na dně taveniny jako měděný lech neboli kamínek. Po odstranění velkého množství sulfidu železnatého z rudy následuje třetí krok. Třetí krok: Zpracování měděného plechu na surovou měď se dnes výhradně provádí dmýcháním v konvertoru, což je metoda, která se označuje jako pražení s dmýcháním nebo besemerace mědi. Besemerace proto, že ji objevil Henry Bessemer. Tento způsob výroby spočívá v kombinaci dvou chemických pochodů, pražně redukčního a pražně reakčního. Roztavený měděný lech se vlije do konvertoru, který obsahuje zásaditou nebo kyselou vyzdívku (podle toho zda obsahuje ruda zásadité nebo kyselé přísady) a vhání se do něj stlačený vzduch. Zbytky sulfidu železnatého se mění na oxid mědi, čímž vzniká struska. Poté probíhá oxidace sulfidu měďného na oxid měďnatý, který energicky reaguje se sulfidem měďným na kovovou měď. Konečná úprava: Surová měď (černá měď) se čistí elektrolyticky. Anodou je surová měď, jako elektrolyt se užívá kyselý roztok síranu měďnatého CuSO4 a katodu tvoří čistá měď. Nečistoty, které se hromadí v okolí anody jako anodické kaly. Ty jsou cenným zdrojem stříbra, zlata a dalších těžkých kovů. Měď se nevyužívá jen v čisté podobě, ale 45% mědi se používá k výrobě slitin, jako je bronz nebo mosaz. Zajímavost: Nahrazování mědi hliníkem v elektrotechnice zavedli Němci za 2. světové války, když neměli dostatečný přísun mědi do výroby. Pracovní vlaky jezdily od nádraží k nádraží a dělníci všechny používané měděné dráty vyměňovali za hliníkové. V poválečném Československu byly v prodeji
64
dráty hliníkové i měděné. Ty byly však mnohem dražší, proto se všude používaly spíše dráty hliníkové. (Měď museli komunisté kupovat za dolary). Slitiny mědi: Slitiny mají horší elektrické vlastnosti na úkor lepších mechanických vlastností. Patří sem: Bronz Patrně nejvýznamnější slitinou mědi je bronz. O jeho významu hovoří již skutečnost, že celá historická epocha vývoje lidstva se nazývá doba bronzová, sportovci za třetí umístění dostávají bronzové medaile atd. Nejznámějším bronzem je slitina mědi s cínem. Pod pojmem bronz však rozumíme slitinu mědi s jakýmkoliv prvkem mimo zinku (taková slitina se nazývá mosaz). Přídavek cínu do kovové mědi odstraňuje její hlavní nedostatek pro výrobu prakticky použitelných nástrojů – malou tvrdost. Přitom ve slitině zůstává zachována její vysoká odolnost proti korozi a relativně snadná opracovatelnost. V době bronzové se bronz používal k výrobě zbraní, nástrojů pro řemeslnou výrobu, užitných předmětů v domácnosti i dekorativních předmětů. Existuje dokonce teorie, která tvrdí, že ke změně výroby předmětů z bronzu na ty z železa, nedošlo pro lepší vlastnosti železa (hůře se vyrábí), ale díky vyčerpání snadno těžitelných cínových rud. Z cínového bronzu se dnes vyrábí součásti spínačů, sběrné kroužky, kontaktní segmenty. I v současné době má bronz mimořádný význam. Existují stovky slitin tohoto typu, z nichž mnohé obsahují kromě mědi a cínu řadu dalších kovů jako nikl (dělovina, odporové vodiče, termoelektrické články), mangan, olovo, beryllium, hliník (součástky odolné vyšším teplotám) nebo i fosfor a křemík. Praktické využití bronzů je spojeno především s jejich vysokou odolností proti korozi, přestože jejich cena je výrazně vyšší než u železa nebo oceli. Z bronzu se vyrábějí kovové součástky čerpadel, která pracují s vysokými tlaky v agresivním prostředí, kluzná ložiska, pružinová pera a velmi často součásti lodí a ponorek, protože velmi dobře odolávají působení mořské vody. Stejně jako v minulosti je pak bronz materiálem pro výrobu soch, pamětních desek, mincí, medailí a podobných předmětů. Mosaz: Slitina hlavně mědi a zinku. Je dobře slévatelná. Používá se pro objímky žárovek, pro instalační materiál – svorkovnice a mnoho dalších částí elektrických zařízení, které musejí odolávat vlivům venkovního prostředí. Otázky 1. 2. 3. 4. 5.
Jak probíhá výroba mědi? K jakému účelu se měď využívala v historii? Vyjmenuj fyzikální a mechanické vlastnosti mědi. Jaké má měď uplatnění v elektrotechnice, jaké znáš její elektrické vlastnosti? Vyjmenuj slitiny mědi, jejich druhy a použití.
65
6.4 Dvojkovy, princip, použití Charakteristické znaky dvojkovů Ohybové dvojkovy (bimetaly), ve kterých jsou celoplošně ve vrstvách spojeny různé kovy, využívají různé tepelné roztažnosti obsažených kovů. Používají se ve formě pásků nebo destiček, v nichž jedna vrstva má roztažnost velkou, druhá malou. Ohřátím se bimetal deformuje do tvaru části kružnice, po ochlazení se opět napřímí. Dvojkov se skládá z části aktivní a části pasivní. Jako pasivní část se používá materiál typu Invar (36% NiFe), který má velmi malý součinitel tepelné roztažnosti. Aktivním prvkem v dvojkovech jsou slitiny, které mají součinitel α1 alespoň desetkrát větší, splňují požadavek na snadné spojování s invarem, mají dobrou mechanickou zpracovatelnost a odolnost proti vyšším teplotám. Nejčastěji se jako aktivní část dvojkovu používá samotný nikl nebo jeho slitiny s Cu a Fe. Použití dvojkovů Dvojkovy se používají pro laciné a jednoduché jištění, regulaci teplot a konstrukci jednoduchých měřících přístrojů. Příkladem jejich využití mohou být tepelné samočinné vypínače reagující na teplotu a chránící transformátory, elektromotory a pece. Dále se používají pro dvoupolohové regulační prvky termostatů domácích elektrospotřebičů (žehličky, chladničky atd.). Otázky: 1. 2. 3. 4.
Popiš princip dvojkovů. Jaké jsou možnosti použití dvojkovů v elektrotechnice? Z jakých částí se skládá dvojkov? Z jakých materiálů se vyrábí aktivní část dvojkovu?
66
7 IZOLAČNÍ MATERIÁLY 7.1 Vlastnosti, struktura, skupenství izolantů Elektrický izolant: Je to látka, která nevede elektrický proud, protože neobsahuje téměř žádné volné částice s elektrickým nábojem. Omezuje tak průtok elektrického proudu mezi vodiči, které mají rozdílný elektrický potenciál. Dobrými izolanty jsou porcelán, sklo, většina plastů, dřevo, papír, vzduch nebo jiné plyny. Od slova izolátor se odvozují různé pojmy:
ideální izolant - látka absolutně nevodivá, neobsahuje žádné nosiče elektrického náboje, v praxi se nevyskytuje, ale používá se pro zjednodušení výpočtů reálný izolant - materiál, ve kterém se vyskytuje malé množství nosičů elektrického náboje; když vložíme takovou látku do elektrického pole, vede malý proud. izolátor - výrobek z izolantu např. ze skla, porcelánu, keramiky izolace - izolační soustava elektrotechnických zařízení vytvořená často z různých typů izolátorů.
Rozdíl izolantu a dielektrika Často se zaměňují pojmy izolant a dielektrikum. Dielektrikum je materiál, který má schopnost polarizace. Každý izolant je dielektrikum, ne každé dielektrikum je izolant (např. voda). Vzhledem k atomové struktuře všech běžných látek a díky polarizovatelnosti atomu je (s výjimkou vakua) tento rozdíl spíše teoretický.
7.2 Rozdělení izolantů 7.2.1 Plynné izolanty – druhy, použití, vlastnosti Vlastnosti plynných izolantů Obecnými vlastnostmi plynných izolantů jsou:
nejnižší relativní permitivita (dielektrická konstanta) dielektrické ztráty prakticky nezávislé na frekvenci (pro neionizované) nízká hodnota konduktivity (měrné elektrické vodivosti) schopnost regenerace elektrického průrazu rovnoměrné vyplnění prostoru zvětšení elektrické pevnosti zvýšením tlaku snížení elektrické pevnosti zvýšením teploty
Použití běžných plynů:
Vzduch obsahuje určité množství vlhkosti. Izolační pevnost vzduchu je závislá na jeho vlhkosti. Při normální teplotě cca 20 C má vlhkost hodnostu asi 80 %. Při vyšší vlhkosti a nižší teplotě se jeho izolační pevnost může snížit až na 50% původní hodnoty. Vzduch se
67
jako izolant využívá pro venkovní vedení, vzduchové kondenzátory a transformátory. Při použití ve vysokonapěťových zařízeních musí být vzduch stlačen. Vodík je nejlehčí plynný izolant s nejnižší elektrickou pevností, má 7× větší tepelnou vodivost než vzduch. Poslední zmíněné vlastnosti se využívá při použití vodíku jako chladícího média u velkých elektrických točivých strojů. Oproti vzduchu, který obsahuje kyslík, nepůsobí vodík oxidačně. Velká nevýhoda vodíku je jeho hořlavost a výbušnost ve směsi se vzduchem. Dusíku se v kapalné podobě využívá rovněž jako chladící médium. Na rozdíl od vodíku je chemicky stabilní a netvoří výbušnou směs se vzduchem. Ve formě netečné (inertní) atmosféry je používán v olejových transformátorech pro zamezení požáru při zkratech. Oxid uhličitý je těžší než vzduch, používá se ve stlačeném stavu jako dielektrikum vysokého napětí kapacitních normálů a někdy jako náplň ve výbojkách.
Použití elektronegativních plynů: Elektronegativní plyny obsahují chlor, fluor, což zvyšuje jejich elektrickou pevnost. • Fluorid sírový (SF6) je 5x těžší než vzduch, má vysokou elektrickou pevnost a do 200 C je chemicky stabilní. Při vyšší teplotě dochází k jeho rozkladu na toxické látky. Používá se v zapouzdřených rozvodnách, transformátorech, vlnovodech a v koaxiálních kabelech.
7.2.2 Kapalné izolanty – druhy, použití, vlastnosti Druhy kapalných izolantů Kapalné izolanty se dělí na:
přírodní, kam patří skupina rostlinných olejů (směsi esterů, glycerinů a nenasycených mastných kyselin) a skupina minerálních olejů; syntetické, kam patří uměle vyrobené izolanty (expanzin).
Obecné vlastnosti kapalných izolantů
vysoká elektrická pevnost vysoký izolační odpor dobrá tepelná vodivost dobrá schopnost zaplňovat póry a dutiny
Použití minerálních olejů Minerální oleje jsou různými směsmi uhlovodíků z lehkých olejů, vyrábí se destilací ropy, ale jsou toxické. Dělení minerálních olejů dle jejich praktického využití
transformátorové kabelové kondenzátorové
68
7.2.3 Pevné izolanty Pevné izolanty anorganické amorfní Velkou skupinou tohoto druhu pevných izolantů je sklo. Použití skla:
konstrukční materiál vysokofrekvenční technika – borosilikátové sklo skleněná vlákna – hlinitoborosilikátová (skleněná tkanina vytváří nosnou složku, kterou spojuje pryskyřice a vytváří elektrotechnický materiál) skleněné pájky – nízkotavitelná skla (dělí se na zátavová a obyčejná = alkalická)
Pevné izolanty anorganické krystalické
azbest - z azbestu se vyrábí azbestový papír (lakovaný nebo impregnovaný reaktoplastickou pryskyřicí) používaný jako mezizávitová izolace, azbestová lepenka se používaná jako vnitřní izolace krytů vypínačů a azbestové desky používané jako dělicí stěny v rozvodnách. Použití azbestu je však již delší dobu ze zdravotních důvodů omezováno. Existuje podezření, že azbestová vlákna způsobují rakovinu plic. Proto při jakékoliv manipulaci s azbestem je nutno používat respirátorů. Azbest v žádném případě neukládáme do komunálního odpadu, ale na určené skládky nebezpečného odpadu! slída - ze slídy se vyrábí slídový papír; slída rozmělněná na jemné částečky se zpracovává na papírenských strojích buďto chemicky (Bordetův způsob) nebo mechanicky (Haymannův způsob); vyrobená fólie se využívá jako izolační systém elektrických strojů
Pevné izolanty organické přírodní
živočišné - šelak, hedvábí rostlinné - kalafuna, kopál, jantar, dřevo
Pevné izolanty organické syntetické
termoplasty - vodní trubky reaktoplasty elastomery (kaučuky) Otázky
1. 2. 3. 4. 5.
Co jsou izolanty? Vysvětli pojem izolátor. Jaké druhy izolantů znáš a jaké je jejich použití? Jaká nebezpečí hrozí při práci s azbestem, jak jim předcházet? Jaká pravidla platí pro ukládání částí obsahující azbest?
69
8 POUŽITÉ ZDROJE INFORMACÍ DRAKA. Produkty [online]. [cit. 2013-12-05] Dostupné z: http:// www.draka.cz/ kabely/ Nabídkový katalog Unimetra spol. s r. o.[online]. [Cit. 2013-11-05] Dostupné z: http://www.unimetra.cz/soubory materialy/ DLUHÝ, J, ARENDÁŠ, V. Materiály a technologie, s použitím doporučené literatury: ŠVAGR J. – VOJTÍK J.: Technolgie ručního zpracování kovů pro 1.ročník SOU. Praha, SNTL, 1985, typové číslo L13-C1-IV-3lf/25 919 Pozn.: Použité fotografie jsou od autora učebnice
70
