svařování obalenou elektrodou, svařování v ochranné atmosféře plynu, invertor, design multifunkčního svařovacího zdroje

strana

5

strana

6

strana

7

strana

8

Abstrakt, Klíčová slova, Bibliografická citace

ABSTRAKT V této diplomové práci je řešen design multifunkčního svařovacího zdroje pro metodu svařování obalenou elektrodou MMA a metodu svařování v ochranné atmosféře plynu MIG/MAG. Záměrem práce bylo navrhnout tvarově kompaktní zdroj, odlišující se od stávajících produktů, s ohledem na ergonomii a konstrukčnětechnologické moţnosti. Práce je rozdělena do dvou základních okruhů. První analytická část obsahuje historii obloukového svařování, popisuje základní principy zvolených metod a pohled na současný trh se svařovacími zdroji. Druhá část je věnována vývoji vlastního návrhu, rozboru řešení a funkcí výsledného designu.

KLÍČOVÁ SLOVA svařování obalenou elektrodou, svařování v ochranné atmosféře plynu, invertor, design multifunkčního svařovacího zdroje

ABSTRACT This diploma thesis deals with the development of multifunction welding machine for manual metal arc welding MMA and metal inert/active gas welding MIG/MAG. The goal of this work was to design compactly shaped welding inverter considering ergonomics and technological aspects. The thesis is divided into two parts. First part contains historical progress of arc welding, basic principles of chosen methods and view on contemporary market with welding machines. The second part deals with the development of the design, analysis and options of the final proposal.

KEY WORDS manual arc welding, metal inert/active gas welding, welding inverter, design of multifunctional welding machine

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE SEDLÁČKOVÁ, V. Design svařovacího aparátu. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inţenýrství, 2011. 69 s. Vedoucí diplomové práce akad. soch. Josef Sládek.

strana

5

strana

6

Čestné prohlášení

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci na téma Design svařovacího aparátu vypracovala samostatně a je mým původním dílem. Veškerá literatura a další zdroje informací, z nichţ jsem během práce čerpala, jsou uvedeny v seznamu pouţitých zdrojů, který je součástí této práce.

V Brně dne 26. května 2011 ............................................. Veronika Sedláčková

strana

7


strana

8

Poděkování

PODĚKOVÁNÍ Úvodem bych ráda poděkovala především vedoucímu své diplomové práce akad. soch. Josefu Sládkovi za poskytnutí cenných rad a profesionální a vstřícný přístup během vývoje této práce. Dále bych ráda poděkovala všem pedagogům odboru průmyslového designu za vedení a poskytnutí odborných připomínek během celého mého studia. V neposlední řadě patří mé díky rodině a přátelům, bez jejichţ podpory a pomoci by tato práce nevznikla.

strana

9


strana

10

Obsah

OBSAH ÚVOD ........................................................................................................................ 13 1 VÝVOJOVÁ ANALÝZA ...................................................................................... 14 1.1 Pohled do historie obloukového svařování ....................................................... 14 2 TECHNICKÁ ANALÝZA .................................................................................... 17 2.1 Definice technologie svařování ........................................................................ 17 2.2 Elektrický oblouk ............................................................................................. 17 2.3 Svařovací zdroje ............................................................................................... 18 2.4 Obloukové svařování v ochranných plynech.................................................... 18 2.4.1 Princip svařování metodou MIG/MAG ..................................................... 19 2.4.2 Ruční obloukové svařování obalenou elektrodou (MMA) ........................ 21 3 DESIGNERSKÁ ANALÝZA ............................................................................... 22 3.1 iF product Design Award 2006 ........................................................................ 22 3.2 Ocenění Red dot design award 2010 ................................................................ 23 3.3 Fronius .............................................................................................................. 23 3.4 Kemppi ............................................................................................................. 26 4 VARIANTNÍ STUDIE DESIGNU ....................................................................... 29 4.1 Základní poţadavky na svařovací zdroj ........................................................... 29 4.2 Varianta 1 ......................................................................................................... 29 4.3 Varianta 2 ......................................................................................................... 32 4.4 Varianta 3 ......................................................................................................... 33 4.5 Finální řešení .................................................................................................... 35 5 ERGONOMICKÉ ŘEŠENÍ ................................................................................. 36 5.1 Madlo ................................................................................................................ 36 5.2 Ovládací panel .................................................................................................. 38 5.3 Transport a výměna cívky ................................................................................ 39 5.4 Bezpečnost ........................................................................................................ 40 6 TVAROVÉ ŘEŠENÍ ............................................................................................. 41 6.1 Profil čela .......................................................................................................... 41 6.2 Tvarování úchopů ............................................................................................. 42 6.3 Rozmístění prvků na čelech .............................................................................. 42

strana

11

Obsah

6.4 Prolisy .............................................................................................................. 43 7 BAREVNÉ A GRAFICKÉ ŘEŠENÍ................................................................... 45 7.1 Barevnost svařovacího zdroje .......................................................................... 45 7.2 Grafické řešení prolisů a umístění loga firmy ................................................. 46 7.3 Grafické řešení prvků displeje ......................................................................... 48 8 KONSTRUKČNĚ - TECHNOLOGICKÉ ŘEŠENÍ ......................................... 50 8.1 Svařovací invertorový zdroj............................................................................. 50 8. 2 Příslušenství svařovacích zdrojů ..................................................................... 51 8.3 Návrh vnitřního uspořádání ............................................................................. 52 8.4 Transportní jednotka ........................................................................................ 54 8.5 Výměna cívky .................................................................................................. 55 8.6 Materiály a technologie výroby ....................................................................... 56 9 ROZBOR DALŠÍCH FUNKCÍ DESIGNÉRSKÉHO NÁVRHU .................... 57 9.1 Psychologická funkce ...................................................................................... 57 9.2 Ekonomická funkce ......................................................................................... 58 9.3 Sociální funkce ................................................................................................ 59 ZÁVĚR ..................................................................................................................... 60 SEZNAM POUŢITÝCH ZDROJŮ ........................................................................ 62 5.1 Seznam literatury ............................................................................................. 62 5.2 Seznam internetových zdrojů........................................................................... 62 5.3 Seznam citací ................................................................................................... 63 SEZNAM POUŢITÝCH ZKRATEK, SYMBOLŮ A VELIČIN ........................ 64 SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................. 65 SEZNAM TABULEK .............................................................................................. 68 SEZNAM PŘÍLOH.................................................................................................. 69

strana

12

Úvod

ÚVOD Tématem mé diplomové práce je návrh designu svařovacího aparátu a na úvod bych ráda uvedla důvod, proč jsem si toto téma zvolila pro svou závěrečnou práci. Od počátku jsem se snaţila o výběr tématu, které by bylo co nejblíţe studovanému průmyslovému designu tak, abych mohla co nejlépe uplatnit znalosti a zkušenosti získané během studia. Druhým poţadavkem byla dobrá dostupnost zdrojů a podkladů pro konstrukční a technologickou část návrhu. Při hledání tématu jsem brala do úvahy moţnosti, které mi nabízí samotná Fakulta strojního inţenýrství, moţnosti spolupráce s jednotlivými ústavy, a proto jsem se přiklonila k tématu návrhu zařízení, se kterým jsem se během studia setkala a posléze k samotné technologii svařování. V prvotní fázi jsem svou práci konzultovala na Ústavu strojírenské technologie a později se mi podařilo získat spolupráci s českým výrobcem svařovacích zařízení, firmou Kühtreiber, která mi poskytla nejen technické a konstrukční podklady, ale i cenné konzultace týkající se vyrobitelnosti. Svařování patří vedle tváření, obrábění, povrchových úprav a dalších technologií do rodiny strojírenských technologií. Svařováním se zpracovávají převáţně kovové materiály jak ve strojírenské výrobě tak při stavbě ocelových konstrukcí a i v dalších odvětvích průmyslu. Po analýze metod svařování, jsem se rozhodla soustředit na metodu svařování elektrickým obloukem, která je v praxi nejpouţívanější a dosud nebyla ţádnou metodou překonána. Po konzultaci s firmou se zadání práce zúţilo na metodu svařování elektrickým obloukem MMA a metodu svařování v ochranné atmosféře inertního nebo aktivního plynu MIG/MAG. Výsledkem práce je návrh multifunkčního svařovacího zdroje, který tyto metody kombinuje. Jde o zařízení středního výkonu, které je vhodné pro profesionální svařování v průmyslu, ve výrobě a na montáţích a stejně tak najde uplatnění i v domácích dílnách. Vnitřní uspořádání svařovacího zdroje je dáno firmou, a proto mým úkolem je převáţně zakrytování zdroje. Diplomová práce vychází z průzkumu trhu v dané oblasti s pokusem o vybočení z většinou ne příliš zajímavého tvarování svařovacích zařízení. Na začátek práce jsem si stanovila několik poţadavků, které by měl návrh splňovat. V první řadě je to důraz na vyrobitelnost, coţ sice můţe ubírat na tvarové zajímavosti návrhu, ale výsledný produkt je postavený na reálných základech a práce s tímto omezením bude po stránce zkušeností mnohem větším přínosem. V druhé řadě je to snaha o vytvoření tvarově kompaktního zdroje, aby madlo bylo jeho plnohodnotnou součástí a nebylo na zdroji připevněno jen jako něco navíc. V neposlední řadě je pak respektování ergonomických pravidel, aby výsledný produkt byl po této stránce plně funkční, nevznikala hluchá místa bez funkce a celková obsluha zdroje byla jednoduchá a intuitivní.

strana

13

Vývojová analýza

1 VÝVOJOVÁ ANALÝZA Tato kapitola je věnovaná vývoji svařování elektrickým obloukem. Počátky spojování kovů najdeme v téţe době jako počátky zpracovávání kovů a ţeleza. Kolem roku 3000 př.n.l. uměli egyptští zlatníci spojovat zlaté předměty tvrdým pájením, které jako nástroj často pouţívá plamen. Ţelezné kovy se spojovaly tzv. kovářským svařováním, tedy pomocí výhně a kladiva, kdy svařování probíhá bez přídavku dalšího materiálu. Je známo, ţe v období renesance byli řemeslníci v kovářském svařování na velmi vysoké úrovni. Kovářské svařování se rozvíjelo a bylo dále zaváděno do průmyslu, ale spojování velkých kusů vyţadovalo nejen velkou dávku dovednosti, ale i více pracovníků. Technologie lokálního tavení nahradila pomalé a drahé spojování nýty a šrouby. Rozvinutí technologie svařování šlo ruku v ruce s objevením vydatných zdrojů tepelné energie a teprve přelom 19. a 20. století přinesl vynález dalších třech metod svařování: elektrickým obloukem, plamenové a odporové svařování.

1.1 Pohled do historie obloukového svařování Po mnoho staletí bylo pro spojování kovů vyuţíváno pouze kovářské svařování. V krátkém období na přelomu konce 19. století byly objeveny tři nové významné procesy, a to svařování elektrickým obloukem, odporové svařování a svařování kyslíko-acetylenovým plamenem. Nejrozšířenější metodou se stalo svařování elektrickým obloukem, o jehoţ objev se zaslouţil Humprey Davy v roce 1801, kdyţ objevil, ţe elektrický oblouk můţe být vytvořen vysokým napětím v elektrickém obvodu přiblíţením dvou pólů blízko jednoho ke druhému. První osobou, která tento objev záměrně vyuţila ke spojení kovů elektrickým svařováním, byl Angličan Wilde a roku 1865 mu byl udělen patent. Roku 1985 byla metoda svařování elektrickým obloukem patentována v Británii, Belgii, Německu, Švédsku a Francii. Benardosova metoda svařování uhlíkovou elektrodou elektrickým obloukem byla patentována roku 1987. Rozdíl od Maritensovy metody byl v umístění uhlíkové tyčinky, která jiţ nebyla fixována, ale byla připevněna v drţadle a mohla být ručně ovládána. Tehdejší podoba svařování byla ještě nedokonalá a do svarového kovu byly vnášeny částice uhlíku. Tento fakt způsoboval tvrdost a křehkost svarového spoje. Jako první zdroj proudu byly pouţity bloky akumulátorů, kdy napětí bylo řízeno počtem článků akumulátoru zapojených do série. Svařovací proud mohl být tedy určen počtem článků akumulátoru zapojených paralelně a řízen pomocí sériových odporů. Nabíjení akumulátorů bylo zabezpečeno dynamem, vodním kolem nebo parním strojem. Dva roky po Benardosovu patentu byl udělen další, Rusovi N.G.Slavjanovovi, který nahradil uhlíkovou elektrodu kovovým drátem. Jeho inovace spočívala v postupném odtavování a přidávání elektrody do svarového spoje. V stejnou dobu byl patent udělen i ve Spojených státech Charlesi Coffinovi. Německá firma Siemund-Wienzell Electric Welding Company vyrobila první dvě svařovací zařízení, která pracovala metodou svařování obloukem kovovou elektrodou v Evropě. V roce 1917 bylo ve spojených státech několik výroben pro zařízení na svařování elektrickým obloukem. Jednou z těchto firem byla Lincoln Electric Company, která je v současnosti největším světovým výrobcem těchto zařízení. strana

14

Vývojová analýza

S prohlubováním znalostí této metody svařování se ukázalo, ţe nejvíce limitujícím faktorem jsou elektrody. Prvními elektrodami byly pouze holé dráty, kterými vznikaly křehké svary nízké kvality. Při pokusech odstranit tyto problémy vědci vyvinuli velké mnoţství elektrod s vyuţitím různých obalových materiálů. Patent za vývoj obalené elektrody zamířil roku 1907 do Švédska Oscaru Kjelbergovi. Aţ do roku 1912 obaly elektrod oblouk spíše stabilizovaly, neţ chránily svarový spoj. V tomto roce obdrţel Američan Strohmenger patent za silně obalené elektrody, které umoţňovaly vytvořit svarový spoj s dobrými mechanickými vlastnostmi. Protoţe proces obalování elektrod byl nákladný, ceny elektrod tedy vyšší, bylo začleňování do výroby velmi pomalé. Největší nárůst svařování proběhl v průběhu první světové války v lodním průmyslu. Lodě byly zpočátku stavěny procesem nýtování, to bylo ale pomalé a potřeba velkého počtu lodí vysoká. To byl ten správný čas pro svařování jako rychlé a kvalitní výrobní metody. V meziválečném období narostl počet aplikací obloukového svařování. Svařování elektrickým obloukem se stále více vyuţívalo nejen pro stavbu skladovacích nádrţí, ale i pro první rámové konstrukce budov. První takovou budovou byla budova v Clevelandu v Ohiu z roku1928, která přinesla řadu technických problémů a zajímavých řešení. Nebylo pouţito spojení úhelníků nebo plechů jak bylo obecně poţadováno při montáţi nýtovaných konstrukcí, nýbrţ byly pouţity svařované příhradové stropní nosníky, které umoţňovaly ukrýt trubkové vedení mezi podlaţí. Na stavbu bylo pouţito 115 tun oceli, coţ bylo v porovnání s nýtovanými konstrukcemi o 15% méně. Vývoj protlačovaných procesů s vyuţitím pro protahování kovového jádra sníţil roku 1927 cenu obalených elektrod a to vedlo k prudkému rozvoji obloukového svařování. Vyuţití svařování elektrickým obloukem prudce rostlo po roce 1929 a postupně se stalo dominantní svařovací metodou především při stavbě lodí. Roku 1930 byla postavena první obchodní celosvařovaná loď v Jiţní Kalifornii a stala se předchůdcem tisícům lodí vyrobených za druhé světové války. V tomto období začíná i aplikace svařování do zbrojního průmyslu. Ve 30. letech probíhaly první snahy o automatizaci svařování s průběţně dodávaným drátem bez ochrany, coţ způsobovalo vznik vrstvy strusky. Jako ochrana pro svařování obloukem slouţila silná vrstva tavidla umístěná na spoj před uhlíkovou elektrodu. Teplo elektrického oblouku tavidlo roztavilo na strusku, která tak poskytovala jeho ochranu. Pouţití tavidla s průběţně dodávaným holým ocelovým drátem, který slouţil jako elektroda, vedlo k vývoji svařování pod tavidlem. To se uplatnilo hlavně při výrobě potrubí a opět při stavbě lodí. Po úspěšném uvedení metody v tomto odvětví výroby mělo jiţ svařování pod tavidlem otevřené dveře v automobilovém průmyslu a v kovovýrobě. V polovině 40. let byly k dispozici svařovací zdroje se zlepšeným zdrojem střídavého proudu, avšak tento oblouk se stal hůře ovladatelným. K odstranění těchto problémů byly vyrobeny obaly elektrod, které oblouk ionizovaly a tím stabilizovaly. Pro svařování nerez oceli a pancéřové oceli byly objeveny nízkovodíkové elektrody, které nezpůsobovaly pórovitost svarů.

strana

15

Vývojová analýza

Obr. 1 Historická rotační svářečka Siemens, 30. Léta 20. století

Obr. 2 Historická rotační svářečka Kjellberg, 30. Léta 20. století

Vůbec první metodou svařování pod ochranou plynu vyuţívala wolframovou elektrodu a jako ochranný plyn helium. Tato metoda byla známá jak TIG - tungsten inert-gas. Další vývoj v této oblasti přinesl vyuţití střídavého proudu o vysoké frekvenci, coţ se ukázalo jako řešení problému svarových spojů hliníku a hořčíku. Metoda wolframovou elektrodou nevyhovovala pro svařování velkých průřezů vysoce vodivých materiálů, proto byly netavící se wolframové elektrody nahrazeny tavícími se elektrodami, čímţ dala vzniknout nové metodě svařování MIG - gas metal-arc welding. Metoda MIG byla úspěšná nejen pro svařování hliníku, ale i pro další neţelezné materiály, nerez oceli a běţné konstrukční oceli. Změnou v ručním svařování obalenými elektrodami bylo pouţití ţelezného prášku v obalu elektrod, který zvýšil výkon odtavení a tím tedy rychlost svařování, kdy svářeč mohl elektrodu táhnout přímo podélně ve směru svarového spoje. Tím nemusela být poţadována vysoká řemeslná rychlost svářeče a technika byla snadnější i pro začátečníky. Dalším významným vývojovým trendem byla metoda Innershield, tedy proces s vlastní ochranou, při které byla vyuţita trubičková elektroda navinutá na cívku a umoţňovala vysokorychlostní poloautomatické a automatické svařování. Obloukové svařování pokračuje a má stále primární význam při spojování kovů.

strana

16

Technická analýza

2 TECHNICKÁ ANALÝZA

2

Technologie svařování je metodou hojně vyuţívanou ve strojírenské výrobě, při stavbě ocelových konstrukcí a v dalších odvětvích průmyslu. Byla vyvinuta celá řada technologií a způsobů svařování s rozdílnými způsoby přívodu tepla nebo kinetické energie do místa svaru pro svařování různých druhů materiálů. V této kapitole se budu zabývat základními pojmy v obloukovém svařování a základními poţadavky na svařovací zdroj podle zvolených metod.

2.1 Definice technologie svařování

2.1

V oblasti spojování materiálu se můţeme setkat s různými druhy spojování strojních součástí, avšak v základním dělení to jsou dvě skupiny spojení - rozebíratelná a nerozebíratelná. Nerozebíratelná spojení získáváme lepením nebo pájením a mezi tento typ se řadí i spojení materiálu technologií svařování. Cílem vyuţití technologie svařování je spojit dva nebo více dílů za dodání určitého mnoţství energie do místa svaru, přičemţ vzniklé spojení musí vykazovat poţadované vlastnosti a vyhovovat podmínkám provozu. Svařování kovů a jejích slitin vyuţívá soustředěného tepla nebo tlaku (popřípadě obojího), s pouţitím nebo bez pouţití přídavného materiálu stejného, či podobného chemického sloţení jako mají spojované materiály. Spojení vzniká na teplem nebo tlakem aktivovaných plochách, které jsou ve svařované oblasti v roztaveném nebo plastickém stavu. V druhém případě hovoříme o navařování kovů, kdy se na danou součást nanáší přídavný materiál za účelem doplnění nebo zvětšení objemu součásti.

2.2 Elektrický oblouk

2.2

Elektrický oblouk je definován jako nízkonapěťový vysokotlaký výboj, který hoří v prostředí izolovaného plynu. Jeho stabilita je závislá na napětí pro ionizaci daného prostředí a proudu udrţujícího plazma oblouku v ionizovaném stavu. Obloukové svařování se řadí mezi technologie tavného svařování, tedy k natavení základního materiálu vyuţívá tepelné energie elektrického oblouku, který hoří mezi základním materiálem a elektrodou.

Obr. 3 Svařovací oblouk 1 – zdroj proudu, 2 – přívodní kabely, 3 – základní materiál, 4 – drţák elektrod, 5 – obalená elektroda strana

17

Technická analýza

2.3 Svařovací zdroje „Zdroje svařovacího proudu dodávají potřebnou elektrickou energii pro zapálení a hoření elektrického oblouku, tzn., že dodávají elektrický proud požadovaných vlastností pro danou metodu svařování.“ [1.1] Poţadavky na svařovací zdroje:           

„Dobré zapalování oblouku a stabilní oblouk Plynulá a jemná regulace svařovacího proudu, eventuálně i napětí dle způsobu svařování Stálý výkon a účinnost Napětí naprázdno musí odpovídat druhu proudu a způsobu svařování a nesmí být větší než přípustné hodnoty Statická charakteristika musí odpovídat způsobu svařování Musí mít odolnost proti krátkodobým zkratům při zkratovém přenosu kovu z elektrody Dynamická charakteristika musí zabezpečit po zkratu rychlý nárůst svařovacího napětí Konstrukce musí zajistit bezpečnost provozu v souladu s platnými normami a předpisy Jednoduchá a nenáročná obsluha Vysoká provozní spolehlivost, snadná detekce závad a jejich rychlé odstranění Přiměřené pořizovací a nízké provozní náklady “ [1.2]

Rozdělení svařovacích zdrojů podle: 1. Způsobu přeměny energie:  

Zdroje rotační (svařovací dynama) Zdroje statické, netočivé (svařovací transformátory, usměrňovače, měniče) 2. Druhu dodávaného proudu:   

Zdroje stejnosměrného proudu (svařovací dynama) Zdroje usměrněného proudu (svařovací usměrňovače, měniče) Zdroje střídavého proudu (svařovací transformátory) [1.3]

2.4 Obloukové svařování v ochranných plynech Svařování v ochranných plynech prochází obrovským rozvojem, především pak metoda MIG/MAG se uplatňuje ve stále větším mnoţství ve svařovaných konstrukcích a stále častěji nahrazuje ruční svařování obalenou elektrodou. V oblasti svařování trubkových systémů a tepelných zařízení převládá metoda WIG v podobě ručního nebo automatického svařování v orbitální verzi. Obloukové svařování v ochranných plynech pracuje s hořícím obloukem, který je obklopen ochranným plynem. Ochranný plyn chrání elektrodu, odtavující se přídavný materiál a tavnou lázeň proti působení kyslíku a dusíku ze vzduchu.

strana

18

Technická analýza

2.4.1 Princip svařování metodou MIG/MAG

2.4.1

Metoda svařování MAG patří v celosvětovém měřítku k nejrozšířenější metodě svařování pro svařování nelegovaných a nízkolegovaných ocelí. Jedná se o obloukové svařování tavící se elektrodou v ochranné atmosféře aktivního (metoda MAG) nebo inertního (metoda MIG) plynu. Vyuţití nachází především při svařování hliníkových konstrukcí při stavbě lodí a dopravních prostředků. Pro metodu MIG/MAG je široký výběr přídavných materiálů a ochranných materiálů, rovněţ umoţňuje automatizaci a robotizaci a velký výběr ze samotných svařovacích zařízení na trhu. Technologie MIG/MAG vyuţívá hoření oblouku mezi tavící se elektrodou v podobě drátu a základním materiálem v ochranné atmosféře inertního nebo aktivního plynu. Z důvodu zatíţení co nejkratší délky drátu proudem se drát napájí elektrickým proudem třecím kontaktem v ústí hořáku. Drát se dodává z cívky pomocí kladek v podavači drátu, vlastním hořáku nebo kombinací obou systémů. Druh ochranného plynu volíme podle svařovaného materiálu, zaleţí ale i na přenosu kapek v oblouku, rozsahu chemických reakcí a teplot v oblouku. Uplatnění nachází v ručním i mechanickém svařování především při svařování v ochranné atmosféře argonu s oxidem uhličitým pro nízkouhlíkové a nízkolegované oceli. Výhody technologie MIG/MAG:          

Svařování materiálu od tloušťky 0,8mm ve všech polohách Vizuální kontrola oblouku a svarové lázně Minimální tvorba strusky Vysoká efektivita tzv. nekonečným drátem Snadné zaţehnutí oblouku Malá tepelně ovlivněná oblast Vysoký výkon odtavení Stabilní ochrana oblouku a svarové lázně ochranným plynem Svary s minimální pórovitostí Moţnost automatizace a robotizace

Obr. 4 Princip svařování metodou MIG/MAG 1 – základní materiál, 2 – přídavný drát, 3 – podávací kladky, 4 svařovací hubice, 5 – zdroj svařovacího proudu, 6 – el. oblouk

strana

19

Technická analýza

2.4.1.2 Svařovací zařízení pro metodu MIG/MAG Jelikoţ je metoda MIG/MAG nejrozšířenější metodou svařování je na trhu široký sortiment svařovacích zařízení, a to buď pouze pro metodu MIG/MAG, nebo pro kombinace více metod, tedy pro metodu WIG a pro ruční svařování obalenou elektrodou MMA. Základní komponenty svařovacího zařízení MIG/MAG:      

Zdroj svařovacího proudu s řídící jednotkou Podavač drátové elektrody Svařovací hořák Multifunkční kabel hořáku s rychlospojkou Uzemňovací kabel se svorkou Zásobník ochranného plynu s redukčním ventilem [1.4]

Moţné technické doplňky v závislosti na poţadavcích výroby:      

Chladící jednotka pro chlazení hořáku a svařovacího kabelu Mezipodavač drátové elektrody pro svařování na velké vzdálenosti Dálkové ovládání svařovacích parametrů (ruční měnič) Řídící jednotkou s procesorem pro regulaci a kontrolu parametrů svařování v reálném čase, archivaci dat v paměťovém bloku a databázi programů svařovacích cyklů Pojízdný vozík Rameno pro nesení hořáku a kabelů [1.5]

Jako zdroj stejnosměrného proudu s kladným pólem na elektrodě, se pouţívají usměrňovače a invertory o různých výkonech. Mají schopnost udrţet konstantní délku oblouku pomocí výrazné změny proudu při relativně malé změně délky oblouku a tím i napětí na oblouku, ale pouze při konstantním podávání drátu. Typy zdrojů:   



strana

20

Kompaktní zdroje s integrovaným podavačem drátu, který je se zdrojem ve společné skříni. Typické uspořádání pro zdroje o nízkém aţ středním výkonu (250-300 A) s chlazením proudícím plynem. Zdroje o výkonu kolem 500 A s chladící jednotkou ve společné skříni, ale s odděleným podavačem. Uspořádání s odděleným podavačem drátu, kde jsou jednotlivé díly sestaveny tak, aby byly snadno přístupné pro případnou výměnu. Zařízení je tvořeno většinou invertorem, podavačem drátu a chladící jednotkou. Jelikoţ jde o větší zařízení, je sestava většinou doplněna vozíkem s konzolou pro plynové lahve. Podavač drátu je se zdrojem propojen kabelem o standardizovaných délkách 1,5/6/10 m, délky kabelů k ručnímu hořáku odpovídají hodnotám 3 aţ 5 m. Při větších poţadovaných délkách 6 aţ 10 m nebo za pouţití drátu vyšší tvrdosti se pouţívá uspořádání PUSH-PULL, kde je elektrický posuv drátu v hořáku synchronizován s podavačem pro rovnoměrnost podávání drátu. Zdroje s podavačem umístěným přímo v hořáku pro svařování hliníkovým drátem.

Technická analýza

Pro svařování metodou MIG/MAG je přídavným materiálem drát, který je plynule dodáván podavačem drátu do hořáku. Pomocí podávacího mechanismu s kladkovým pohonem je zaručeno rovnoměrné podávání drátu bez deformace a poškození povrchu. Svařovací hořáky se starají o přívod drátu do místa svařování, přísun svařovacího proudu a proudění vzduchu ochranného plynu kolem přídavného drátu. Zdroje o nízkém výkonu pouţívají chlazení plynem a pro zdroje s vyšším výkonem pak chlazení proudící kapalinou v uzavřeném chladícím okruhu. Svařovací proud se spouští na rukojeti hořáku a ve většině případů se u nových zdrojů na rukojeti nachází i plynulé ovládání intenzity proudu (tlačítkem nebo potenciometrem). Technologie MIG/MAG se poţívá pro svařování ocelí uhlíkových, střednělegovaných, vysokolegovaných, slitin hliníku, mědi a dalších. Přídavné materiály se pouţívají ve formě plného nebo plněného drátu, tzv. trubičkové dráty. Dráty jsou navinuty na drátěných či plastových cívkách a vyrábějí se v různých hmotnostech a rozměrech. 2.4.2 Ruční obloukové svařování obalenou elektrodou (MMA)

2.4.2

Technologie MMA vyuţívá jako zdroj tepla elektrický oblouk hořící mezi elektrodou, nejčastěji obalenou, a základním materiálem. Svařování obalenou elektrodou je vyuţitelné téměř pro všechny materiály a ve všech svařovacích polohách. V závislosti na zvolené metodě je poţadován stejnosměrný nebo střídavý proud. 2.4.2.1 Svařovací zařízení pro metodu MMA

2.4.2.1

Pro svařování střídavým proudem jsou zdrojem jednofázové transformátory, kde kolem jádra jsou navinuta primární a sekundární vinutí. Protéká-li primárním vinutím střídavý proud, vzniká elektromagnetické pole, které indukuje střídavé napětí v sekundárním vinutí. Jako zdroje pro výrobu stejnosměrného svařovacího proudu fungují svařovací agregáty (rotační svářečky) nebo svařovací usměrňovače. Funkcí zlepšující vlastnosti svařování je funkce horkého startu, kdy se na začátku svařování na omezený čas zvýší elektrický proud, kterým se ohřeje svařovací materiál a zabrání se tak vzniku studených spojů. Uplatňuje se i zařízení zvané anti-stick, které zmenšuje velikost proudu při zapálení oblouku tehdy, nezapálí-li se oblouk okamţitě a zabrání tak k přilepení elektrody ke svařovanému materiálu. Svařovací zdroje MMA musí splňovat následující poţadavky:    

Bezpečná konstrukce podle platných norem a předpisů Napětí naprázdno musí odpovídat druhu proudu a prostředí svařování Odolnost proti krátkodobým zkratům Moţnost regulace proudu, případně i napětí, podle zvolené metody

strana

21

Designérská analýza

3 DESIGNERSKÁ ANALÝZA Design patří v dnešní době k velmi módním slovům a uplatňuje se téměř ve všech oblastech lidského ţivota. Tvoří pojítko mezi světem vědy, techniky, sériové výroby a uţitým uměním. Zároveň se řadí k nejmladším oborům umělecké tvorby s počátky ve 20. století, kdy došlo k začlenění stroje a průmyslové výroby do kultury a ţivota moderního člověka. K prvním průkopníkům designu u nás patří vůdčí osobnosti tehdejší české architektury - J. Kotěra, J. Gočár, P. Janák, kteří usilovali o uplatnění umění v průmyslové výrobě. Svou koncepcí stroj - socha pak Vincenc Makovský poloţil základ průmyslového designu jako umělecké tvorby a tvůrčí činnosti. Na jeho práci navázal Zdeněk Kovář, který spojil své konstruktérské zkušenosti se sochařským cítěním. Do navrhování strojů vstupuje v dnešní době stále více výtvarníků, přináší tak spojení estetiky a funkčnosti, a tímto se design stává symbolem jeho funkce. Ve své konstrukční stránce definuje technicky určitou funkci, výkon a uspořádání. Po umělecké stránce je součástí obrazu hmotné kultury soudobé společnosti, tradice i dobového vkusu.

3.1 iF product Design Award 2006 Mezinárodně uznávaná cena iF product Design Award za kvalitní průmyslový design byla roku 2006 udělena firmě Migatronic za kvalitu a produktovou inovaci svařovacích zařízení pro obloukové svařování typové linie Migatronic Pi. Design nových strojů vychází přímo z poţadavků a potřeb samotných svářečů. Na první pohled zaujme svým zaobleným tvarem s plastovými chrániči rohů s funkcí tlumení nárazů. Výrazné jsou rovněţ kruhové prolisy v krycím plechu skříně, které zvyšují jeho tuhost a odolnost. Všechny stroje si i přes provedené změny zachovávají jednoduchou obsluhu a ovladatelnost. Nový design produktů byl vytvořen týmem dánských designérů pod vedením Klause Schroedera, který dopomohl k získání tohoto ocenění i mnoha dalším firmám. V návrhu jeho studia se snoubí spojení tvaru a funkce, v uţivatelsky příjemném celku bez ohledu na sloţitost samotného svařovacího procesu, při zachování robustnosti a spolehlivosti.

Obr. 5 Migatronic Pi strana

22


3.2 Ocenění Red dot design award 2010

3.2

Cena Red dot design award je cena udělována za dobrý design a patří k nejvýznanějším soutěţím svého typu na světě. Tato prestiţní cena za rok 2010 zavítala do oblasti svařování a to konkrétně k dánské firmě Migatronic za svařovací hořák MIG-A Twist. Tento hořák představuje dokonalou souhru funkčnosti a ergonomie. Hořáky Migatronic MIG-A Twist byly poprvé představeny na podzim roku 2009 v Essenu. Jednou z jejich největších předností je rukojeť respektující pravidla ergonomie, která umoţňuje svářeči nejen dokonalé drţení, ale i různé polohování. Díky tomu se minimalizují chyby svaru způsobené špatným drţením hořáku. Rukojeť je kolem krku hořáku otočná, oproti běţným hořákům s otočným krkem v pevné rukojeti, coţ zamezuje únikům chladicí kapaliny způsobených netěsností. K nastavení správné vzájemné polohy krku a rukojeti hořáku není potřeba ţádného speciálního nářadí, protoţe kroky jsou odstupňovány po 15° a zajišťují vţdy optimální úhel pro svařování. Hořáky chlazené plynem jsou otočné o ± 90° a chlazené vodou o ± 45°. Hořáky MIG-A Twist jsou dostupné ve více neţ šedesáti provedeních, tak aby splňovala všechny poţadavky pro svařování, od chlazení plynem či vodou aţ po proud v rozsahu 150 aţ 550 A.

Obr. 6 Hořák Migatronic MIG-A Twist

3.3 Fronius

3.3

Společnost Fronius působí v oblasti svařování jiţ šedesát let a její stroje patří mezi velmi dobře oceňované na národní i mezinárodní úrovni. Na příkladu jejich strojů můţeme velmi dobře vidět, jaký vývoj prodělal design svařovacích zdrojů. Na začátku padesátých let firma uvedla na trh svařovací transformátor s magnetickým řízením, který umoţňoval plynulou regulaci proudu. Zdroj byl napevno spojen s podvozkem z důvodu velké hmotnosti. Design čistě sleduje funkci a spíše okrajově pohodlné ovládání koncovým uţivatelem, neboť na stroji jsou části, které musely práci spíše ztěţovat. Na podobném principu se vyráběly stroje aţ do osmdesátých let, která přinesla vynález invertoru jako zdroje svařovacího proudu. Ta technologie přinesla řadu výhod, jakými jsou nízká hmotnost a menší rozměry. Tento vynález otevřel nejen technologii svařování, ale i designu, cestu netušených moţností. Od této doby se svařovací invertory stávaly kompaktnější strana

23


a s rozvojem technologie se sniţovala jejich koncová hmotnost a rozměry. Současně přibývaly funkce usnadňující celý proces svařování a zvyšující kvalitu koncového svaru. Design se vyvíjel od čistě hranatých tvarů, které vytvářely přesné krytování samotnému tělu stroje aţ po stroje známe z dnešní doby. Ty jsou mnohem robustnější, se zaoblenými hranami, ergonomicky tvarovaným madlem a jednoduchým ovládacím panelem pro nastavení parametrů svařování. Dnešní svařovací invertory představují pouze asi jednu osminu hmotnosti oproti prvním svařovacím zdrojům. I na vývoj madla můţeme vidět postupné respektování ergonomických pravidel, tak aby bylo co nejvíce uzpůsobeno těţišti stroje a umoţňovalo snadnou manipulaci.

Obr. 7 Vývoj svařovacích zařízení firmy Fronius

V dnešní době firma nabízí velmi široký sortiment svařovacího zařízení o nejrůznějších výkonech a typech pouţití. Pro svařování obalenou elektrodou jsou to malé, avšak robustní univerzální zdroje se zaobleným čelním panelem, které jsou uzpůsobené pro přenášení pomocí madla či popruhu.

Obr. 8 Svařovací zdroj pro obalenou elektrodu strana

24


Digitalizovaný svařovací zdroj TransSynergic je pouţitelný nejen pro metodu MIG/MAG, ale hodí se i pro svařování WIG a obalenou elektrodou díky řízení mikroprocesorem. Představuje tedy řešení pro všechny nejčastěji pouţívané metody svařování v jednom zdroji. Provedení napovídá spíše o starším designu, neboť čelní konstrukce je na rozdíl od nových typů, téměř bez zaoblení. Dominantou je velký displej pro nastavování parametrů, který je ale nevhodný pro ovládání v rukavicích a můţe proto být pro svářeče méně komfortní. Rukojeť pro manipulaci lícuje s tvarem svářečky, nevyčnívá a dotváří tak dokonale kompaktní tvar.

Obr. 9 Svařovací zdroj MIG/MAG, TransPuls Synergic 4000

Dalším příkladem z produktové řady pro MIG/MAG svařování je VarioSynergic, který je pevně spojen s podvozkem usnadňujícím manipulaci. Na čele jsou vytvořeny velké ovládací plochy pro pohodlné ovládání. Konstrukce je robustní, a proto je zdroj vhodný pro stavbu těţkých ocelových staveb, strojů i zařízení. Podle designu jde opět o vývojově starší produkt, který je pojat minimalisticky a působí stabilním a spolehlivým dojmem.

Obr. 10 Svařovací zdroj MIG/MAG, VarioSynergic 4000

strana

25


Pro svařování ocelových konstrukcí metodou MIG/ MAG je potřeba kvalitní a inteligentní konstrukce svařovacího zdroje s co nejjednodušším ovládáním. Takový zdroj představuje TransSteel, který je vybavený digitálním řízením pro excelentní odvedený výkon. Svařovací celek představuje dokonale funkční průmyslový design. Ovládací prvky jsou chráněny před poškozením či neúmyslnou změnou parametrů. Nakloněná čelní plocha usnadňuje odečítání údajů z různých poloh. Větší mobilita je získána odděleným podavačem drátu, který je malý, lehký a proto také snadno přemístitelný. Podavač má vestavěný ovládací panel, coţ umoţňuje ovládat parametry přímo na místě svařování. TranSteel představuje navzdory své mohutnosti tvarově velmi elegantní řešení.

Obr. 11 Svařovací zdroj Transsteel 3500 /5000

Zvolená barevnost zdrojů odpovídá firemním barvám je velmi zdařilá. Kombinace výrazné červené a neutrální středně šedé barvy působí moderním a svěřím dojmem. Ovládací prvky jsou srozumitelné a dostatečné velikosti i pro ovládání v rukavici.

3.4 Kemppi Kemppi je finská rodinná akciová společnost s tradicí jiţ od padesátých let 20. století, která patří k předním výrobcům invertorů na světě. Do konstrukce a designu věnuje společnost velký obnos peněz, coţ se velmi pozitivně odráţí na výsledku. Svařovací zdroje firmy Kemppi patří k nejzdařilejším na současném trhu. Vhodně zvolená barevnost odstínu šedé a výrazného odstínu barvy, tentokrát oranţové, se ukazuje jako velmi povedená a na samotném produktu působí mnohem zajímavěji a rafinovaněji neţ by bylo pouţití čisté černé barvy. Zdroje pro svařování metodou MMA jsou malé, kompaktní a navrţené tak, aby vyhovovaly svářečům v pohybu. Proto zde hraje důleţitou roli hmotnost, velikost a samozřejmě vynikající svařovací vlastnosti. Výhodou je, ţe zdroj můţe být napájen buď ze sítě, nebo pomocí generátoru. Zdroj se svým vzhledem vyniká mezi ostatními především svým tvarováním, které je mnohem měkčí a organické oproti MMA zdrojům jiných firem. Rukojeť pro snadnou manipulaci tvoří plynulou součást

strana

26


tvarování a podporuje tak kompaktní design svářečky. Rozměry a umístění ovládacích prvků umoţňují snadné nastavení parametrů svařování.

Obr. 12 Kemppi Minarc

Zařízení s vyšším výkonem pro metodu svařování MMA a TIG je Master MLS. Rozměry jsou uţ větší a s tím i vyšší hmotnost, ale přesto si design zařízení zachovává svoji celistvost a tvarovou logiku patrnou z výše uvedeného zařízení. Velkou předností svařovacího zdroje je velký displej se všemi potřebnými funkcemi a parametry pro kvalitní výsledky svařování. Díky naklonění displeje jsou informace dobře čitelné ze všech poloh.

Obr. 13 Svařovací zdroj Master MLS

Pro svařování metodou MIG/MAG je v nabídce zdroj Kempact s vysokým výkonem pro profesionální svařovaní. V tomto zdroji došlo k výrazné regulaci hmotnosti a v případě varianty Kempact 2530 došlo ke sníţení aţ o 70%. Tato řada uţ nevychází z jemně organického tvarování, ale je čistě geometrická s přesně definovanými liniemi. Velkou předností je madlo pro přenášení a mezi zdroji tohoto typu je takto pojaté jediné na trhu. Umoţňuje dvě moţnosti přenášení, buď pomocí válcového madla podél těla zdroje, nebo pomocí druhého madla umístěným nad čelem svářečky. Takto navrţená rukojeť je vhodná pro nošení jednou či oběma rukama a tvoří zajímavý prvek v celkovém designu svařovacího zařízení.

strana

27


Obr. 14 Svařovací zdroje Kempact

strana

28

Variantní studie designu

4 VARIANTNÍ STUDIE DESIGNU

4

Variantní studie designu svařovacího zdroje navazují na znalosti získané vypracováním analýz a dále pak na zpracovaný předdiplomový projekt. V práci jsem se snaţila vymanit z nastoleného trendu designu svařovacích zařízení a vytvořit koncept postavený na dvojici výrazných čel, mezi něţ je zasazené tělo z ohýbaného plechu. V tomto duchu vznikaly níţe uvedené varianty, z počátku čistě geometricky tvarované a k závěru pak s výraznou křivkou a zaoblením čel jasně definujícími tvar. Samotné tvarování plechového těla je značně omezené z hlediska zachování funkčnosti zdroje a vnitřního konstrukčního uspořádání. Samotný návrh pak představuje vizi do blízké budoucnosti.

4.1 Základní poţadavky na svařovací zdroj

4.1

Na předním čele musí být umístěny tři hlavní prvky, kterými jsou ovládací displej, konektory pro svařovací kabely a větrací mříţka. Displej pro nastavování parametrů svařování by měl být nakloněn, a to z důvodu pohodlného odečítání hodnot při různých polohách svařování. Zároveň by měl být zasazen do hloubky čela alespoň dvacet milimetrů, aby byl chráněn potenciometr před moţným poškozením. Na zadním čele je pak umístěn hlavní vypínač, přívod svařovacího plynu, vývodka pro připojení do sítě a větrací mříţka. Tělo zdroje je tvořeno ohýbaným plechem a musí poskytovat dostatečnou ochranu vnitřním částem. Jelikoţ je součástí zdroje i cívka s drátem pro svařování metodou MIG/MAG, na jedné straně musí být moţné kryt otevřít a cívku vyjmout a nahradit za novou. Variant pro otevírání je několik a podrobněji jsem tento problém řešila aţ u finálního návrhu z důvodu závislosti způsobu otevírání na tvarování. Cílem práce je navrhnout svařovací zdroj o středním výkonu a jde tedy jiţ o poměrně těţké zařízení o hmotnosti cca 25 kg. Součástí je i výše zmíněná cívka a tím se celková hmotnost zdroje zvyšuje, při jejím plném stavu, na 40 kg. Zařízení takové hmotnosti můţe mít jako součást kolečka nebo můţe být umístěno na vozíku. Tato varianta je pro návrh multifunkčního zdroje vhodnější a to zejména pro moţnost umístit na vozík i tlakovou láhev s ochranným plynem pro svařování metodou MIG/MAG. Jelikoţ se se zařízením bude pohybovat i bez vozíku, je rovněţ důleţitým prvkem vytvořit vhodně tvarované madlo pro pohodlné přenášení. Vzhledem k hmotnosti bylo cílem vytvořit madlo vhodné pro přenášení jednou či dvěma osobami při zachování komfortu.

4.2 Varianta 1

4.2

Varianta číslo jedna představuje práci vzniklou v rámci předdiplomového projektu, ve kterém jsem řešila moţnosti uspořádání prvků na předním čele, moţnosti úchopů a navazování hmoty těla a čel. Snaţila jsem se vytvořit takové tvarování působící robustním a opticky stabilním dojmem při vyuţití geometrických těles. Pro umocnění tohoto dojmu jsem pro základní tvar vyuţila lichoběţník s mírně rozšířenou základnou a zaoblenými rohy. Stejné zaoblení pokračovalo i na hranách těla, čímţ se dosáhlo celistvosti ve vzhledu. V tomto tvaru docházelo k plynulému navazování hmot čel a těla, a tím dostával návrh tvarovou čistotu. Řešení do budoucna přinášelo moţnost vytvořit zajímavě tvarovanou mříţku, jelikoţ tvarování celku bylo čistě

strana

29


minimalistické, a poskytovalo moţnost vytvoření výrazného charakteristického prvku.

Obr. 15 Varianta 1

V rámci tohoto projektu jsem řešila především pak moţnosti úchopů a madla, které jsem poté aplikovala i na výsledný návrh. Madlo jsem od počátku chtěla pojmout jako plnohodnotnou součást tvaru, aby celek byl kompaktní a madlo nebylo pouze připevněné na vrchu těla a narušovalo tak design zdroje, jako to často bývá u svařovacích zdrojů na současném trhu. Poznatky získané studií madel a úchopů jsem pak vyuţívala po celou dobu řešení své diplomové práce a v závěru se ukázaly velmi uţitečné, kdy samotný finální návrh prošel několika variantami úchopů. První vizí bylo vytvořit dlouhé madlo spojující obě čela, které propojovalo tvar a zároveň jeho délka umoţňovala přenos jednou i dvěma rukama, stejně tak jednou či dvěma osobami. Toto řešení převaţovalo i v dalších variantách, neboť poskytovalo několik moţností úchopů, avšak nevýhodou byla jeho délka, jelikoţ madlo o délce 500 mm je značně předimenzované a celkově pak designem svařovací zdroj úplně nepřiznával svoji hmotnost.

Obr. 16 Varianta 1, řešení úchopů strana

30


Druhou variantou bylo nahrazení madla kovovým pruhem potaţeným gumou, který sice působil kompaktně, ale pro přenos takového zařízení byl zcela nevhodný. Pro řešení malých svařovacích zdrojů by mohlo toto madlo být zajímavým řešením.

Obr. 17 Varianta 1, řešení úchopů

Ve třetí variantě jsem začala pracovat s vyuţitím přesahů čel, které původně slouţily pouze pro umístění dlouhého madla a neměly ţádný další význam. Řešení působilo kompaktně a přiznávalo vysokou hmotnost zařízení. Z počátku bylo součásti tohoto řešení i madlo umístěné na středu těla, pro moţnost přenosu i jednou rukou, ale vzhledem k hmotnosti zdroje toto madlo nemělo téměř ţádnou hodnotu.

Obr. 18 Varianta 1, řešení úchopů

strana

31


V závěru jsem od tohoto tvarového řešení upustila, protoţe dostatečně nepřiznávalo hmotnost zdroje, navzdory lichoběţníkovému tvarování. Vytvoření čistého a funkčního designu s vyuţitím kolmých ploch se ukázalo značně komplikované a to z důvodu jeho rozměrů. Design v tomto provedení by byl vhodnější pro niţší výkonnostní třídy o niţší hmotnosti do cca 10 kg, kde by vhodně korespondoval s rozměry a dotvářel tak kompaktnost řešení.

4.3 Varianta 2 Druhá varianta vychází z úhlu naklonění displeje, který by měl být pro pohodlné odečítání údajů z různých poloh alespoň 12 stupňů. Profilová křivka má tvar elipsy, zrcadlově se opakuje v napojení na tělo a dále pak pokračuje částí původní elipsy. V čelním pohledu je stále v lichoběţníkovém profilu, který není nikterak výrazný, aby pouze utvrzoval optickou stabilitu. Tvarování plechového těla zdroje vyhází z křivky definující hranici těla a čela, které má sice pouze malé rádiusy, ale vzniklá boční křivka částečně komplikuje umístění otvírání boku zdroje pro výměnu cívky. Na boku čela by musela vzniknout dělící spára ve tvaru přechodové křivky a dvířka by tedy měla komplikovanější tvar. Celé toto řešení s výraznou křivkou na přechodu neslo problémy s integrací dvířek, kdy plocha výsledného bočního pohledu zdroje byla díky tomu rozbourávána příliš mnoha křivkami. Na stranu druhou dodávala návrhu dynamiku a odlišnost.

Obr. 19 Varianta 2

Madlo tvoří spojnici mezi čely a tvoří doplněk tvaru. Jeho průřez je obdélníkový s výrazným zaoblením pro pohodlný úchop. Obdélník je orientován tak, aby jeho delší strana poskytovala ruce při přenosu dostatečnou oporu, a proto jeho delší strana směřuje do dlaně pro vznik větší stykové plochy. Přední čelo je rozděleno do třech jasně definovaných prostorů, a to místa pro nastavení parametrů svařování, napojení svařovacích kabelů a část pro větrací mříţku. V tomto jasně definovaném členění čela jsem pokračovala i v dalších návrzích. Tato varianta byla prvním pokusem o vybočení z „krabicového“ tvarování svařovacích zdrojů, ale kvůli malým rádiusům, ne zcela zdařilým. Profilová křivka

strana

32


jiţ sice dodává designu jiný výraz, ale výsledek nepůsobí uceleným dojmem. Nevýhodou této varianty byly nejen malé rádiusy, ale i překombinovanost návrhu spočívající ve sloţitém tvaru profilové křivky.

4.4 Varianta 3

4.4

Varianta tři vychází z počátku ze stejné profilové křivky jako varianta dvě, ale jiţ došlo k výraznému zaoblení hran, nejprve pouze čelních a následně i hran přechodů čela na tělo. To se ukázalo výhodné i pro vyuţití přesahů čel pro přisunutí zdroje, jeli umístěn na vozíku. Příliš sloţitý tvar profilové křivky se ukázal jako problematický hlavně v propojení hmoty těla a čela, kdy docházelo ke konfliktu různě plynoucích hmot. Proto v další fázi následovalo postupné vypnutí křivky aţ k vytvoření kolmé linky po přechod zaoblení těla. Zároveň i čelní křivka prošla změnou a část elipsy byla nahrazena kruhovým výřezem, který přinesl symetrii charakterizující tvarování aţ po finální řešení. Usměrněná profilová křivka jiţ dávala zdroji stabilní dojem, ale stále byl bodem diskuze eliptický úsek v přechodu čela na tělo. Na jednu stranu vytvářel poměrně zajímavou linii, na stranu druhou pak narušoval optickou jistotu celku. V této variantě bylo ještě stále zachované lichoběţníkové tvarování z čelního pohledu, které dodávalo designu dynamiku. V závěru se ukázalo, ţe právě dynamika vzniklá křivkou a lichoběţníkovým tvarováním, ubírá návrhu na stabilitě a serióznosti. Ve finálním návrhu jsem pak i od tohoto upustila, jelikoţ je nutné vytvořit v uţivateli hlavně pocit spolehlivosti svařovacího zdroje, i na úkor ztráty určité hravosti designu.

Obr. 20 Varianta 3, vývoj průběhu zaoblení a profilové křivky

strana

33


Obr. 21 Varianta 3, vývoj průběhu zaoblení a profilové křivky

Součástí těchto studií byla i úvaha o vytvoření prolisů na těle, které by vyztuţily tělo a graficky by doplily celkový design. Z tvarování logicky vyplynuly kruhové prolisy, ale takto tvarované prolisy vyuţívá jako charakteristický prvek svých svářeček firma Migatronic, a proto jsem musela hledat jinou cestu. Tou se ukázalo vyuţití pouze půlkruhů a v řešení pak byla jen délka výsledného prolisu. Tvarově pak zjednodušeně odpovídají bočnímu tvaru navrhovaného svařovacího zdroje. Řada prolisů navazuje průměrem i umístěním na linii konektorů, které jsou umístěny ve vrcholu kruţnice. V této variantě jsem jiţ definitivně upustila od dlouhého madla, které sice přináší několik výhod, ale na čelech pak vznikají zbytečně velké plochy, které nemají jinou funkci neţ umístění madla. Vznik těchto prvoplánových ploch ubíral návrhu na kvalitě, a to vedlo k přehodnocení vyuţití vzniklých přesahů a umístění úchopů přímo do čel. Poskytují nejen pohodlnější přenos, ale evokují i reálnou hmotnost zařízení a uţivateli je zcela jasné, ţe přichází do kontaktu s těţkým zařízením. Dlouhé madlo dostatečně nepodtrhovalo hmotnost zdroje a vhodnější by bylo pro lehčí varianty.

Obr. 22 Varianta 3, vypnutí křivky a vznik úchopů

strana

34


4.5 Finální řešení

4.5

Finální řešení se tvarově částečně vrací k předdiplomovému projektu, ke kombinaci kolmých a kruhových ploch a tedy ke geometrickému tvarování. Došlo ke zvětšení průměru výchozí kruţnice, díky čemuţ čela nepůsobí tak masivním dojmem. Křivka se zrcadlově promítá v části pro vytvoření úchopů a v místě přechodu na tělo přechází na kolmou přímku. Vypnutí profilové křivky dalo vzniknout čistému základnímu tvaru a kolmá plocha v přechodu přestala komplikovat vytvoření otevírání. Umístění konektorů a dalších částí zůstalo stejné jako ve variantě tři a odvíjí se od umístění konektorů na vrchol kruhového řezu. Na uspořádání předního čela navazuje i čelo zadní se stejnou mříţkou. Hlavní vypínač, připojení do sítě a přívod plynu jsou opět umístěny ve vrcholu kruţnice. Svařovací zdroj dostal měřítko a jednotný výraz, který je podtrţený prolisy v plechu těla, plně přiznává svou velikost a hmotnost. Současně návrh splňuje stanovené technické a ergonomické poţadavky, působí stabilním a spolehlivým dojmem.

Obr. 23 Finální řešení

strana

35

Ergonomické řešení

5 ERGONOMICKÉ ŘEŠENÍ Ergonomie svařovacího zdroje má dva základní okruhy, které tvoří ovládací panel a madlo. Při řešení svařovacího zdroje je důleţité vzít v potaz, ţe stěţejním orgánem přicházejícím s ním do kontaktu je ruka, která je většinu času v ochranné rukavici. Z tohoto pramení potřeba vytvoření dostatečně velkých ovládacích a manipulačních ploch. Parametry svařování se nastavují na ovládacím panelu, kdy je důleţitý jeho sklon pro odečítání parametrů z různých poloh a grafické znázornění, které musí poskytovat jasnou obsluhu. Další poţadavek je na bezpečnost provozu a zajištění stroje tak, aby nedošlo k úrazu proudem, jeţ zdrojem prochází. Jelikoţ je součástí i cívka s drátem pro svařování metodou MIG/MAG musí být zdroj na jedné straně otevíratelný, umoţnit snadný přístup k cívce a její rychlé výměně.

5.1 Madlo Madlo na navrhovaném svařovacím zdroji musí poskytovat komfortní úchop a přenášení. Vzhledem k hmotnosti zdroje odpadá varianta nošení zdroje pouze jednou rukou, a proto musely být vytvořeny úchopy pro obě ruce. Umístěním úchopů do přesahů čel vzniklo řešení jak pro přenos jedním, tak i dvěma lidmi a přesahy tím dostaly jasný význam. Jelikoţ svářeč má většinu času ruku v ochranné rukavici, a proto není nutné vytvářet madlo z protiskluzového materiálu. Madlo a místo pod ním musí být dostatečně velké a jejich rozměry vycházejí z rozměrů ruky. Antropometrie pro navrhování ručního nářadí je uvedená v následující tabulce.

Obr. 24 Rozměry lidské ruky strana

36


Rozměry v mm rozměr

5%

50%

95%

A délka ruky

173/159

189/174

205/189

B délka dlaně

98/89

107/97

116/105

C délka palce

44/40

51/47

58/53

D délka ukazováku

64/6

72/67

79/74

E šířka ruky

78/69

87/76

95/83

F maximální úchop

45/43

52/48

59/53

Tab. 1 Rozměry lidské ruky

Madlo je umístěno v horní symetrické části čela, která je zaoblená pod rádiusem 20mm. Tento rádius definoval tvar výsledného madla, které je válcového průřezu o průměru 40mm a délce 186mm. Hodnota průřezu nedosahuje maximální hodnoty úchopu pro ţádnou skupinu a měla by tedy být pohodlná pro všechny. Madlo kruhového průřezu je pro lidskou ruku přirozené a umoţňuje komfortní manipulaci.

Obr. 25 Přenos zdroje dvěma osobami strana

37


Obr. 26 Přenos zdroje jednou osobou

5.2 Ovládací panel Ovládací panel by měl poskytovat jednoduchou a nenáročnou obsluhu. Základními nastavitelnými parametry jsou proud a napětí, na kterých závisí kvalita výsledného svaru. Hodnota parametrů je znázorněná na digitálním displeji a lze ji měnit manuálně otočením válcového ovladače. K volbě a následnému potvrzení primárního parametru, kterým můţe být svařovací proud či rychlost podávání drátu dojde stiskem tlačítka. Na druhé části displeje pak stejným principem můţe uţivatel plynule ladit svařovací napětí či jeho doladění v synergickém procesu. Tlačítko má kónický tvar s maximálním průřezem 20mm a je umístěno 15mm od okraje ovládacího panelu. Tato vzdálenost je pro manipulaci dostatečná vzhledem k naklonění displeje a tedy i naklonění tlačítek.

strana

38


Součástí ovládacího panelu můţe být i nastavení mnoha funkcí zvyšující kvalitu svařování, stejně tak individuální nastavení svářecích operací či volby svařovacího drátu. Ve svém návrhu jsem zpracovala pouze základní variantu displeje, která nabízí volbu metody svařování v ochranné atmosféře plynu MIG/MAG nebo obalenou elektrodou MMA. Další ikonou je moţnost volby z přednastavených funkcí, které lze následně upravit ovládacími tlačítky pro nastavení proudu a napětí. Grafické ikony na ovládacím panelu jsou intuitivní a minimalizují riziko chybných obsluţných úkonů uţivatele. Jejich popis je umístěn v kapitole věnované grafickému řešení.

Obr. 27 Manipulace s ovladači

5.3 Transport a výměna cívky

5.3

Navrţený svařovací zdroj lez přenášet samostatně či ve dvojici. Zároveň je moţné zdroj umístit na transportní jednotku, která umoţňuje jednodušší pohyblivost a přesun na poţadované místo vzhledem k hmotnosti zdroje. Výhodou vozíku je i moţnost umístění láhve s ochranným plynem pro svařování metodou MIG/MAG a tedy jednodušší manipulace s celým svařovacím celkem. Ergonomickým prvkem řešeným v této části je opět madlo na vozíku, které je válcové, a proto pro lidskou ruku uţivatelsky příjemné. Další částí je umístění zdroje na vozíku tak, aby byl snadno dostupným ovládací panel a zároveň nedocházelo ke vzniku problémů při výměně cívky, tj. poţadavek, aby bylo moţné cívku vyměnit i při usazení na vozíku bez nutnosti sundání zdroje. Cívku je moţné vyměnit otevřením levé části plechového krytování svařovacího zdroje. Z tohoto důvodu je místo jednoho prolisu nahrazeno madlem pro otevírání dvířek pomocí jednoho či dvou prstů. Technické řešení mechanizmu zámku a pantů je nastíněno v kapitole Konstrukčně-technologického řešení.

strana

39


Obr. 28 Otevírání dvířek

5.4 Bezpečnost Bezpečnost svařovacího zdroje se řídí normou ČSN EN 60974-1 Svařování. Bezpečnostní poţadavky pro zařízení k obloukovému svařování. Důleţitá je z tohoto pohledu izolace vnitřních dílů, kterými prochází vysoké proudy, od plechových dílů, aby nedošlo k zasaţení proudem. Konstrukcí stroje se musí předejít moţným rizikům, a proto musí být konečný návrh testován podle zkoušek uvedených v normě. Prevencí vzniku rizik je i obsluha stroje vhodnou osobou, která je proškolená o bezpečnosti svařování. Volba materiálu pro zdroj rovněţ výrazně ovlivňuje bezpečnost. Na čelech je pouţit ABS plast pro své dobré vlastnosti a vysokou odolnost, na těle pak plech chránící vnitřní vybavení zdroje. Pro svařovací zdroje je podle elektrotechnických norem vyţadována ochrana obsluhy před nebezpečným dotykem ţivých částí krytím v souladu s normou ČSN 33 2000-4-41 stupněm ochrany IP 21- IP 23. Tyto hodnoty vyjadřují, ţe zařízení je chráněno před vniknutím pevných cizích těles o průměru 12,5mm a větších, před dotykem prstem a dále pak hodnotu stupně ochrany proti vniknutí vody svisle kapající, o sklonu 15 stupňů, proti kropení a dešti.

strana

40

Tvarové řešení

6 TVAROVÉ ŘEŠENÍ

6

Základní myšlenkou návrhu je integrace madla či úchopu tak, aby tvořily se zbytkem svařovacího zdroje jeden kompaktní celek. Toho je docíleno vytvořením dvou výrazných symetrických čel, do nichţ je zasazeno plechové tělo chránící vnitřní vybavení zdroje. Jelikoţ je tělo mírně zapuštěno do čel, umocňuje tak výraz pevného konstrukčního celku a dostatečné ochrany jeho vnitřních částí. Kaţdá plocha by měla mít svou funkci, aby nevznikaly místa sice zajímavě vypadající, ale bez ţádného dalšího vyuţití.

6.1 Profil čela

6.1

Celý návrh je tvořený geometrickými tělesy a vyuţívá symetrie tak, aby vytvářel jednotný celek dvou plynoucích hmot těla čela. V předešlých návrzích se místo napojení ukázalo jako nejvíce kolizní, a proto je ve výsledném návrhu místo navázání řešeno vytvořením čistě kolmých ploch na zadní části čel i na těle. Základním konstrukčním prvkem je kruţnice o poloměru 820 mm, respektive její výřez o výšce 500 mm s vrcholem kruţnice v polovině výšky. Výřez z této kruţnice je více vypnutý neţ u variantních návrhů a takto vzniklá čela nejsou jiţ tolik nafouklá. Kruţnice je ve vrcholu čel o zrcadlená a prochází aţ do bodu navázání na tělo, kdy přechází v čistě kolmou přímku. Takto vzniklá čela jsou výrazně zaoblená pod rádiusem 20 mm, čímţ se oprostila od typického designu těchto zařízení. Vznikly tak kulaté plochy na vrcholu čel, které je moţné pohodlně vyuţít pro přisunutí zdroje, je-li umístěn na transportním podvozku či vozíku. Průběh rádiusu nebyl úplně jednoznačný a problematické místo se ukázalo opět v oblasti připojení plechového krytu. Problém měl několik řešení, od rozšíření celých čel o 40mm s moţností nechat plynule rádius probíhat po všech hranách aţ po vznik plynulého přechodu zaoblení v části přesahů na velikost 5mm a s tímto poloměrem pak dojít aţ na konec napojení plechového krytu. První moţnost přinesla zbytečně předimenzovaná čela jen z důvodu dokonalého přechodu, druhá pak vznik přechodu, který nekorespondoval s tvaroslovím návrhu, jeţ je postavené na symetrii a geometrii. Konečným řešením je určitý kompromis, kdy došlo k zachování šířky čel a konstantního průměru zaoblení 20mm. V části napojení plechu je rádius pouze naznačený, plně nedobíhá a plocha je dále kolmá. Toto napojení vedlo ke vzniku křivky o délce zaoblení plechového krytu, tj. 15mm, v horních a spodních částech čel, které sice mírně narušují čistotu linie, ale na stranu druhou působí jako zámky a tělo v tomto profilu vypadá pevněji uchyceno.

strana

41

Tvarové řešení

Obr. 29 Průběhy zaoblení

6.2 Tvarování úchopů Hodnota zaoblení definovala vznik a velikost úchopů v čelech. Jelikoţ na vrcholech vznikla část válcové plochy a z předešlých variant se jako nejrozumnější ukázalo vyuţit přesahy v čelech pro vytvoření úchopů, vyuţila jsem vzniklou plochu tak, abych doplnila válec a vzniklo tak madlo o průměru 40 mm. Mezera pod madlem je rovněţ 40 mm, coţ je dostatečný prostor i pro ruku v rukavici s plným respektováním pravidel ergonomie. Délka madla je zarovnaná, stejně jako další prvky čela, na středy kruţnic lemující rychlospojky. Díky tomu jsou všechny prvky čela opticky provázány jeden s druhým a tvoří celek.

6.3 Rozmístění prvků na čelech Kruhová výseč přináší i logické uspořádání prvků na čele. V horní části pod madlem je umístěn displej, ve vrcholu kruţnice je pak umístěna čtveřice konektorů a pod ní pak větrací mříţka. Jelikoţ kolem rychlospojek musí být vystouplé mezikruţí 3 mm a průměru 38 mm pro připojení svařovacích kabelů, stala se pak kruţnice o tomto průměru jednotícím prvkem pro většinu konektorů jak na předním tak zadním čele. Kruţnice kolem rychlospojek odpovídá velikosti 38 mm a kruţnice pro euro konektor pro MIG/MAG a konektor dálkového ovládání je o velikosti 48mm. Kruhové ohraničení je mírně zapuštěné a vytváří potřebnou kolmou plochu pro napojení konektorů. Na zadním čele je kruţnice kolem konektoru pro připojení ochranného plynu naopak zmenšená a to na průměr 28 mm. Kombinace dvou průměrů na předním, resp. zadním čele, propůjčuje vzhledu určitou dynamiku. Šířka strana

42

Tvarové řešení

displeje a mříţky je stejná a zarovnaná na středy kruţnic kolem konektorů. Zároveň i rozestupy mezi jednotlivými prvky jsou horizontálně stejné a to 30mm. Umístění displeje částečně vyuţívá naklonění profilové křivky. Displej je vhodné mít na svářečce pod úhlem a nikoliv kolmý, a to proto, aby se údaje snadno odečítaly i ze stoje a dalších poloh, jelikoţ jen v minimálním mnoţství případů pracujeme se zdrojem v takové pozici, kdy bychom měli displej přímo v úrovni očí. Kruhová výseč nabízí naklonění pod úhlem 8 stupňů, které není úplně dostatečné, a proto je v návrhu ovládací panel ještě o několik stupňů nakloněn tak, aby splňoval úhel 12 stupňů, který by měl poskytovat dostatečný komfort. Mírné vychýlení z úhlu definovaného čelem lehce nabourává přesně definovanou koncepci a celkový vzhled čela oţivuje. Displej je 186 mm široký a 80 mm vysoký a jeho součástí je potenciometr pro nastavení proudu a napětí. Tvarování pomocí kruţnice či její části je charakteristické pro celý návrh, platí i pro mříţku, která je na svých krajích zaoblená do půlkruhu, tak i pro tvarování i mezery pod úchopem.

Obr. 30 Rozmístění prvků na čele

6.4 Prolisy

6.4

Na kruhové tvarování navazují i prolisy v plechu těla, které jsou tvořeny z kruţnice o stejné velikosti, jako je nutná na mezikruţí kolem konektorů, tj. 38 mm. Délka prolisu je 100 mm a jejich druhá řada navazuje na linii konektorů na vrcholu kruhového profilu zdroje jak na předním tak i na zadním čele, a opticky tak propojuje tělo s čelem. Tvar prolisu umoţnil i integrování madla pro otevírání dvířek, které pouze doplňuje celek a nepůsobí jako něco navíc.

strana

43

Tvarové řešení

Tvar plechového těla je dán jeho funkcí, která má tvořit ochranu před poškozením vnitřních částí a zajistit jejich správnou funkci. Proto je tvarováno jako zaoblený kvádr s poloměrem zaoblení 15 mm tak, aby na sebe navazovaly konce zaoblení čela a těla.

Obr. 31 Varianta prolisů

Obr. 32 Varianta vystouplých prolisů

Obr. 33 Finální varianta prolisů strana

44

Barevné a grafické řešení

7 BAREVNÉ A GRAFICKÉ ŘEŠENÍ

7

Barevnost svařovacího zdroje by měla být jasně zařaditelná pod daného výrobce, a tedy odpovídala barvám jeho jednotného stylu. Ve většině případů jde o černá čela, popř. plochy s ovládacími prvky a barevný plech. Barvy svářeček jsou charakteristické pro výrobce a člověk pohybující se v tomto odvětví je dokáţe bez problémů zařadit. Firma Migatronic je typická tmavě zelenou barvou, Fronius svými červenými zdroji, Kemppi oranţovými a v neposlední řadě Kühtreiber s barvou modrou. Svou diplomovou práci sice konzultuji s posledně zmíněnou firmou, ale výslednou barevnost bych ráda volila podle toho, jak na člověka působí a samozřejmě tak, aby celkově dotvářela výsledný design.

7.1 Barevnost svařovacího zdroje

7.1

V kaţdém případě je vhodné zvolit střídmou jednoduchou barevnost, která uţivatele neruší při práci. Proto jsem barevnost navrhovaného zdroje postavila na kontrastu neutrální barvy s barvou pestrou o výrazné sytosti. Od počátku jsem se chtěla vyhnout tvrdému a striktně vypadajícímu kontrastu s černou barvou, a proto jsem na čela zvolila odstín tmavě šedé barvy, která působí jemněji, je neutrální a dodává zdroji určitou eleganci. Zároveň je tato barva i praktická, jelikoţ se se zdrojem pracuje v ne příliš čistých podmínkách výrobních či montáţních provozů. Čela zdroje vypadala velmi příjemně i v bílém provedení, ovšem tento vzhled by si zachovala pouze krátký čas a z tohoto důvodu je zvolená barevnost v tmavě šedé mnohem vhodnější.

Obr.34 Bílé provedení čel

V základním dělení působí teplé barvy na člověka povzbudivě, kreativně a zvyšují jeho pozornost. Oproti tomu studené barvy vedou spíše k pasivitě, ale podporují uvaţování a přesnost. Ve finálním řešení jsem se rozhodovala mezi ostře červenou barvou a modrou. Kombinace červené a šedé je osvědčená, vypadá svěţe a moderně a v zásadě by se dalo říci, ţe je to osvědčená klasika. Nakonec jsem barvu plechu zvolila ve světle modré, pro její působení na člověka, jakými jsou zmírnění

strana

45


únavy, zvýšení soustředěnosti a v neposlední řadě je to i barva spolehlivosti, čímţ docílím podtrţení stability a spolehlivosti zdroje svařovacího proudu. Ke zvolené barevnosti koresponduje i barevnost ikon na ovládacím panelu.

Obr. 35 Tmavě šedé čela s červeným tělem

Obr. 36 Světle šedé provedení čel

strana

46


Obr. 37 Středně šedé provedení čel

Obr. 38 Tmavě šedé provedení čel

7.2 Grafické řešení prolisů a umístění loga firmy

7.2

Na těla jsou vytvořeny prolisy korespondující s profilovým tvarem zdroje. Jejich tvar vychází z kruţnice konektorů vymezující uchycení svařovacích kabelů do rychlospojek. V řešení byly různé varianty od kruhových, čtvercových prolisů aţ po výsledný tvar, který nejlépe korespondoval s výsledným designem. Důleţité bylo zvolit vhodný počet a rozmístění prolisů. Nakonec se konečný počet ustálil na 12 prolisech, který je dostačující a celek je kompozičně vyváţenější. Výškově jsou zarovnány na konektory na čelech a díky tomu vzniká dostatečný prostor ve spodní části těla pro umístění loga firmy.

strana

47


Obr. 39 Umístění loga firmy

7.3 Grafické řešení prvků displeje Ikony na ovládacím panelu musí být jasné a jednoduchou grafikou znázorňovat funkci, kterou zastupují. Ovládací panel v základní nabídce poskytuje volbu metody svařování MMA nebo MIG/MAG a volbu z přednastavených programů. Pomocí koleček potenciometru pak moţnost volby mezi dalšími funkcemi. Grafické znázornění metod svařování vychází ze zjednodušeného nákresu elektrody, resp. hořáku. Tlačítko funkce je zastoupeno kříţkem pro vyvolání funkce. Font pro text doprovázející grafické ikony jsem volila geometricky konstruovaný, aby ladil k celkovému geometrickému tvarování zdroje. Nakonec volba fontu padla na BankGothic, jehoţ písmo je jednoduché a čisté.

Obr. 40 Ovládací panel

strana

48


Obr. 41 Ikona metody svařování MIG/MAG

Obr. 45 Ikony volby Ampérů a rychlosti podávání drátu

Obr. 42 Ikona metody svařování MMA

Obr. 43

Obr. 44

Číslo zvoleného programu

Ikona volby programu

Obr. 46 Ikony volby Voltů a synergického procesu

strana

49

Konstrukčně-technologické řešení

8. KONSTRUKČNĚ - TECHNOLOGICKÉ ŘEŠENÍ Navrhovaným svařovacím aparátem je multifunkční svařovací zdroj pro metodu svařování obalenou elektrodou MMA a metodu svařování MIG/MAG. Výhodou této kombinace je spojení nejčastěji pouţívaných metod svařování, ale protoţe součástí je integrovaná cívka, dostává zařízení poměrně velké rozměry. Svařovací zdroj musí splňovat celou řadu poţadavků od konstrukce odpovídající platným normám po poţadavky pro bezproblémové svařování, jakými jsou regulace proudu a napětí, zapálení a stabilita elektrického oblouku, stálý výkon a odolnost proti krátkodobým zkratům. Navrhovaný zdroj je invertorového typu a dodává tady stejnosměrný proud. Systém je řízen digitálně, sám zajišťuje optimální svařovací charakteristiku, kterou je moţné měnit i během svařovacího procesu, coţ vede ke vzniku kvalitnějších svarů. Pro metodu MIG/MAG vyuţívá funkce synergického reţimu, kdy při změně jednoho parametru svařování dojde k automatické změně dalších závislých parametrů. Většinou je tímto vyvolávacím parametrem změna rychlosti posuvu drátu podle čehoţ se změní napětí, proud či průtok ochranného plynu.

8.1 Svařovací invertorový zdroj Základní poţadavky kladené na svařovací zdroj jsou uvedené v analytické části mé diplomové práce. V této kapitole se budu věnovat popisům částí navrhovaného zdroj. Navrţený zdroj patří mezi typ kompaktního zdroje s integrovaným podavačem drátu umístěným ve společné skříni. Toto uspořádání je obvyklé pro zdroje o středním výkonu cca 300A s chlazením proudícím plynem. Pro metodu svařování je přídavným materiálem drát, který je nepřetrţitě dodáván do hořáku pomocí podavače drátu, jehoţ pohonem jsou podávací kladky. Svařovací invertorové zdroje neboli měniče pracují na principu změny frekvence v rozmezí 20 aţ 100 KHz a patří k nejprogresivnější koncepci svařovacích zdrojů, které výrazně sníţily jejich hmotnost. Charakteristickým rysem je umístění transformátoru v energetickém řetězci aţ za spínacím tranzistorem. Důvodem pro toto uspořádání je závislost hmotnosti a objemu transformátoru na jeho pracovní frekvenci- čím vyšší frekvence, tím menší objem a hmotnost. Výhodou těchto zdrojů je proto nízká hmotnost s malými rozměry při dobré výkonosti a vysoká elektrická účinnost. Základem invertoru je řídící jednotka, která reguluje vzájemnou součinnost funkčních bloků svařovacího zdroje s podavačem drátu, dodávkou ochranného plynu, současně kontroluje správnou činnost zařízení a se svářečem komunikuje prostřednictvím displeje. Invertor můţe vyuţít přednastavených programů svařování nebo můţou být parametry nastaveny a měněny na displeji. Invertorové svařovací zdroje poskytují nenáročnou a jednoduchou obsluhu, moţnost komunikace s automatizovanými pracovišti a další výhody při přiměřených pořizovacích a nízkých provozních nákladech. Digitální svařovací zdroj je výsledkem technologického pokroku a přináší plnou digitalizaci systémů, kdy můţeme svařovací proces ovlivňovat příslušným softwarem. Digitální signálové procesy zaručují vysokou operační rychlost a zvyšuje se přesnost výsledků svařování. Komunikace mezi svařovacím zdrojem a perifériemi (podavač drátu aj.) probíhá prostřednictvím datové sběrnice mikropočítače, přičemţ strana

50


parametry mohou být nastaveny nejen na samotném zdroji ale i přímo na hořáku. Digitální systém umoţňuje uţivateli vytvořit a nastavit své parametry, které po uloţení do paměti zdroje je moţné v případě potřeby opětovně vyvolat. Zařízení vyuţívá i tzv. synergického reţimu svařování, kdy jedním regulačním prvkem ovládáme i další parametry. Parametry jsou před programované pro různé kombinace plynu a drátu a nastavování parametrů je tak pro uţivatele mnohem jednodušší. Optimalizace parametrů procesu je v této fázi plně na výrobci a je součástí paměťové jednotky zdroje. Uţivatel nastavuje pouze průměr drátu, druh ochranného plynu a materiál a mikroprocesor zdroje jiţ nastaví výkon zdroje sám. Tento reţim minimalizuje vznik chyb způsobených uţivatelem. Jednotka, řídící průběh svařování pro metodu svařování MIG/MAG, je zabudována ve zdroji a můţe být ovládána spínačem na svařovacím hořáku. Nabízí moţnost vyuţít dva typy způsobů řízení. Prvním z nich je dvoutaktní reţim, kdy po stisku spínače dojde ke spuštění ochranného plynu jako předfuk a po dvou sekundách se zapne svařovací proud a posuv drátu, coţ představuje první takt. Po uvolnění spínače se vypne posuv, poté proud a dojde k dofuku (druhý takt). Tento reţim je výhodný pro krátké svary a stehování. Naopak čtyřtaktní reţim, který je druhou variantou, se hodí pro svary dlouhé. Prvním stiskem se spouští opět ochranný plyn a po uvolnění, coţ je druhý takt, se zapíná posuv drátu a svařovací proud přichází aţ s malým zpoţděním. Následně probíhá proces svařování bez nutnosti sepnutí spínače aţ do okamţiku dalšího sepnutí, kterým se vypne posuv drátu a proud, coţ představuje třetí takt. Uvolněním spínače dojde ke čtvrtému taktu, proběhne dofuk a zastavení. Součástí zdroje jsou i další funkce zvyšující kvalitu svařovacího procesu, díky kterým můţe svářeč ovládat a sledovat svařovací parametry v reálném čase. Mezi tyto funkce patří Hot Start pro materiály s vysokou vodivostí, jakým je např. hliník, Soft Start pro měkký náběh svařování a databáze přednastavených svařovacích programů.

8. 2 Příslušenství svařovacích zdrojů

8.2

Svařovací zdroj je elektrickým strojem, a proto musí všechny jeho části a konstrukce samotná jako celek splňovat poţadavky příslušných elektrotechnických norem a předpisů. Do rozvodu elektrické sítě se svařovací zdroje připojují příslušnou vidlicí zasunutím do zásuvky. Svařovací zdroj je posuzován jako předmět třídy I, a proto musí mít ochranné svorky na připojení ochranného vodiče. Části vedoucí elektrický proud musí být dostatečně zajištěny krytím a poskytovat ochranu před nebezpečným dotykem obsluhy stroje. Většinou bývá zajištěna ochrana nulováním nebo napěťovým či proudovým chráničem. Svařovací kabely jsou jednoţilové vodiče se sloţenými jádry s pryţovou izolací. Přivádějí svařovací proud ze zdroje k drţáku elektrody nebo ke svařovacímu hořáku, v závislosti na zvolené metodě svařování, a také ke svařovací svěrce umístěné na svařovaném materiálu pro uzavření proudového obvodu zdroje. Průřez jádra kabelu je přímo úměrný maximální velikosti procházejícího svařovacího proudu tak, aby únik napětí na svařovacích kabelech nepřekračoval stanovenou hodnotu dle normy ČSN 34 7552.

strana

51


Při svařování elektrodou je pouţívaná elektroda upnutá v drţáku elektrod, který by měl být lehký, bezpečný a umoţnovat snadnou manipulaci při výměně elektrod, ale hlavně moţnost uchopení ve všech svařovacích polohách. Drţáky elektrod pro obloukové svařování jsou dány normou ČSN EN 60 974-11. Jak bylo zmíněno výše, pro uzavření proudového obvodu zdroje, tedy pro přivedení druhé polarity od svařovacího zdroje na svařovaný materiál, se pouţívají svařovací svěrky. Musí být pevně upnuty na svařovaném materiálu v blízkosti místa svařování, aby byl přechodový odpor minimální.

8.3 Návrh vnitřního uspořádání Návrh vnitřního uspořádání vychází z podkladů firmy Kühtreiber. Vnitřní části svařovacího zdroje se dělí na výkonové a řídící části. Rozmístění těchto částí je důleţité z hlediska vytvoření ideálního vzduchového tunelu. Tento tunel je rovněţ důvodem pro čistě geometrické tvarování plechového těla, aby nevznikala místa, která by proudění vzduchu komplikovala. Výkonovými částmi procházejí vysoké proudy, které jsou potřebné pro svařování, a proto tyto části musí být dostatečně chlazeny. Ve svém návrhu vyuţívám chlazení vzduchem, ale u zařízení o stejném či vyšším výkonu je moţné vyuţívat i chlazení kapalinou, kdy je chladící jednotka umístěna ve spodu zdroje. Uspořádání musí odpovídat poţadavkům na bezpečnost a z tohoto důvodu musí být vnitřní díly izolovány od plechových dílů, aby nedošlo k úrazu elektrickým proudem. Oproti tomu řídící části musí být umístěny mimo vzduchový tunel, aby nebyly zbytečně zanášeny prachem a nečistotami. Vnitřní části svařovacího zdroje musí být snadno dostupné, aby případná porucha mohla být snadno a rychle odstraněna. Stejně tak i prostor pro výměnu cívky drátu musí být dostatečně velký, dostupný a umoţnit rychlou výměnu drátu. Ve vrcholu kruţnice je umístěna čtveřice konektorů, které slouţí pro napojení svařovacích kabelů. Po na krajích jsou umístěny kabelové rychlospojky pro připojení svařovacího kabelu ke svářečce. Na levé straně je to pro připojení kladného kabelu a na straně pravé pak záporného. Návrh počítá i s připojením dálkového ovládání, kdy dálkový ovladač můţe být zabudován přímo do rukojeti hořáku s moţností ovládat všechny důleţité parametry a sledovat jejich průběh na displeji ovladače. Posledním konektorem je euro konektor pro svařování metodou MIG/MAG, který řeší v rámci jednoho připojovacího mechanismu několik různých technologických spojení. Vede ze svařovacího zdroje do hořáku svařovací proud, ochranný plyn a přídavný drát. Jeho součástí jsou i kontakty spínače, které jsou vyvedeny na centrální koncovku. Princip zapojení pro metodu MMA spočívá v napojení drţáku elektrody a zemnícího kabelu se správnou polaritou pro příslušný typ pouţité elektrody do kabelových rychlospojek. Pro metodu svařování MIG/MAG se pak do euro konektoru připojí svařovací hořák a zemnící kabel se připojí do negativní rychlospojky. Pro obě metody by svařovací hořák, popř. kabel a zemnící kabel by měly být co nejkratší, blízko jeden druhému a umístěné na úrovni podlahy nebo blízko ní.

strana

52


Multifunkční zdroj je umístěn na podstavcích, které jsou přišroubovány k plechovému tělu a jejich velikost je vzhledem k hmotnosti a výslednému tlaku 40mm. V řešení bylo i umístění podstavců přímo na čela, ale jelikoţ by plastová čela musela být v této části vyztuţená plechem, představovalo by to pouze komplikace a zvýšení nákladů na výrobu. Proto v návrhu vyuţívám standardně dodávané podstavce strojů.

Obr. 47 Vnitřní uspořádání, pohled 1

Obr. 48 Vnitřní uspořádání, pohled 2

strana

53


8.4 Transportní jednotka Navrţený multifunkční svařovací zdroj představuje zařízení o hmotnosti 40kg při plném stavu cívky. Tímto je do značné míry ovlivněná manipulovatelnost se zdrojem a z tohoto důvodu bývají často umístěny na vozíku. V návrhu je ve dvou základních variantách a představuje nástin moţného řešení vycházejícího ze současných technologií. Pojízdné vozíky jsou firmami nabízeny v několika variantách s jednoduchou konstrukcí tak, aby vyhovovaly většině nabízených produktů dané firmy, jelikoţ výroba speciálního typu vozíku pro kaţdý typ svařovacího zdroje by představovala nepřiměřeně vysoké náklady. V návrhu jsou dva typy vozíku lišící tím, je-li součástí tlaková láhev s ochranným plynem či nikoliv. Jelikoţ je svařovací zdroj multifunkční povaţuji za určitou výhodou mít všechny potřebné prvky na jednom pojízdném vozíku, následná manipulace s nimi je jednoduší a je moţné kdykoliv pouţít potřebnou metodu svařování. V druhém návrhu je vozík pouze pro svařovací zdroj a vyuţití najde zejména při častém pouţití metody MMA nebo v místech, kde jsou tlakové láhve umístěny na stálo a není ţádoucí s nimi manipulovat. Svařovací zdroj pro umístění na vozík vyuţívá čtyř podstavců stroje pro ukotvení na pojízdný vozík. Tím je zdroj pevně umístěn bez rizika sklouznutí, které je ovšem i vzhledem k hmotnosti minimální.

Obr. 49 Nástin řešení vozíku pro transport

strana

54


Obr. 50 Nástin řešení vozíku pro transport s lahví se svařovacím plynem

8.5 Výměna cívky

8.5

Dvířka umoţňující přístup k cívce s přídavným drátem jsou umístěna na levé straně těla zdroje svařovacího proudu. Řešila jsem dvě moţností otevírání, a to buď vyklopení dolů, nebo do strany, jako vyuţívají současné zdroje stejného typu. Při aplikaci první varianty by docházelo ke zvýšenému opotřebení dvířek, jelikoţ by docházelo k poloţení celé plochy na podlahu a následnému podření plechu. Zároveň by se zvyšovalo i opotřebení vnitřní plochy, jelikoţ by mohlo docházet k odloţení plné cívky, jejíţ hmotnost je 5-15kg, před výměnou na plochu dvířek a jejich následné deformaci. Proto jsem vyuţila standardního otevírání do boku, kdy sice dvířka zasahují poměrně daleko do prostoru, ale riziko poškození dvířek je minimální. Jelikoţ je plech jakoby zasazen do čel, vyuţila jsem v řešení pant, který dvířka nejprve vysune a poté vytočí. Rozsah otevření je cca 100 stupňů, coţ je dostatečná manipulační plocha. Nechtěné otevření dvířek je jištěno pojistkou a k jejich otevření je třeba madlo na boku mírně vysunout, tím dojde k odjištění a následnému otevření. Totéţ je třeba udělat i pro zavření. Tímto postupem jsou dvířka spolehlivě chráněna proti nechtěnému otevření či zavření.

strana

55


8.6 Materiály a technologie výroby Navrţený svařovací zdroj by měl být vyrobitelný za vyuţití standardních metod výroby. Čela jsou plastová a tělo je tvořeno tenkým plechem, aby se nezvyšovala jeho hmotnost. Čela svařovacího zdroje by měla být vyrobitelná vstřikováním z ABS plastu. ABS plast je tuhý, pevný a houţevnatý materiál, který velmi dobře tlumí rázy a vibrace. Je teplotně a tvarově stály, ale oproti tomu jsou horší jeho elektroizolační vlastnosti, jelikoţ mírně navlhá. Pro své výborné vlastnosti je jeho pouţití velmi rozšířené a vzhledem ke své odolnosti i vhodné pro výrobu čel svařovacího zdroje. Čela jsou často vystavena špíně, prachu a také jiskrám vzniklým při svařovacím procesu, a z tohoto důvodu je nutné zvolit stálý materiál, který dobře odolává těmto podmínkám. Čela jsou vyráběna přímo ve zvolené barvě a není nutné dalších barevných nástřiků. Vstřikování je technologií tváření plastů, při které je zpracovávaný materiál vysokou rychlostí vstříknut do dutiny kovové formy, kde poté tuhne ve finální výrobek. Technologie vstřikování plastu je zcela běţně pouţívaná, avšak výsledné investiční náklady jsou dány sloţitostí návrhu a tedy následně komplikovaností formy pro vstřikování. Určitou nevýhodou je i dlouhá čekací doba na výrobu formy a nutnost pouţívání velkých strojních zařízení. Touto technologií se vyrábějí výrobky, které mají charakter konečného výrobu, jelikoţ jsou tvarově i rozměrově velmi přesné a rovněţ kvalita výsledného povrchu je velmi dobrá. Tělo navrţeného svařovacího zdroje je vyrobeno ohýbáním plechu tloušťky 1mm. Plech těla je z oceli třídy 11, která patří k nejčastěji pouţívaným konstrukčním ocelím. Přesněji pak ocel 11 373, která se pouţívá na málo namáhané součásti a je nejběţnější ocelí. Ohýbání kovů je rovněţ proces tváření, kterým je materiál deformován do různého úhlu ohybu se zaoblením hran. K získání výsledného ohybu se pouţívají ohýbadla, kdy k ohnutí dochází při překročení meze kluzu a dosaţení plastické deformace. Prolisy vytvořené v krycím plechu zvyšují tuhost a odolnost zařízení v běţných pracovních podmínkách.

strana

56

Rozbor dalších funkcí designérského návrhu

9 ROZBOR DALŠÍCH FUNKCÍ DESIGNÉRSKÉHO NÁVRHU

9

Řešení návrhu v sobě nese i další funkce a to psychologickou, ekonomickou a sociální stránku věci, a tedy to, jak stroj působí na člověka, moţnosti jeho uţití, ale i úvaha nad vyrobitelností spojenou s výrobními náklady.

9.1 Psychologická funkce

9.1

Psychologická funkce designu je úzce spjatá s působením stroje na člověka, to jaké prvotní pocity v člověku vyvolá. U průmyslových strojů a zařízení jsou samozřejmě důleţitější jejich technické parametry neţ samotný vzhled výrobku. Design je spíše potlačen, ale při výběru ze dvou strojů stejné kvality jiţ dá zákazník přednost takovému zařízení, které se mu více líbí a vyvolává v něm příjemné pocity. U průmyslových strojů je důleţité, aby byl návrh propracovaný z hlediska designu hlavně po ergonomické stránce tak, aby uţivateli poskytoval komfortní a intuitivní obsluhu. Právě malé ergonomické detaily výrazně odlišují svařovací zdroje různých firem, kdy např. zvětšení zaoblení, zjednodušení ikon ovládacího panelu přináší velmi dobrý výsledný efekt pro uţivatele. Navrţený design svařovacího zdroje představuje pohled do blízké budoucnosti a snaţí se oprostit od stávajícího „krabicového“ tvarování, kdy design představuje ve většině případů čistě zakrytování zdroje. V svůj návrh jsem se snaţila pojmout moderně a v rámci splnění všech technických parametrů i originálně. Od zdrojů svého typu se liší především výrazným zaoblením čel a umístěním úchopů v jejich přesazích. Právě toto umístění nepopírá hmotnost zdroje a naopak jiţ plně přiznává, ţe člověk přichází do kontaktu s těţkým zařízením a tedy ví, co můţe očekávat. Umístění úchopů je válcové a tedy pro lidskou ruku příjemné a přirozené. Zdroj je moţné přenášet pomocí dvou osob, coţ umoţňuje rozmístění úchopů nebo jej můţe pohodlně nést jedna osoba. Tvarování profilové křivky čela vycházející z kruhového výřezu umoţňuje integraci nakloněného ovládacího panelu zcela přirozeně a zároveň výrazná zaoblení všech hran čel působí na člověka mnohem přívětivěji a přináší moţnost posouvat zdroj umístěný na vozíku pomocí potaţení za zaoblený přesah čela zcela komfortně. Zaoblení působí na člověka mnohem příjemněji neţ ostré hrany a zároveň dodává zdroji určitou eleganci při zachování stability a serióznosti. Vyrovnání profilové křivky při přechodu čela na tělo přináší logické plynutí hmot a podtrhuje dojem stroje, jako plně funkčního celku. Tělo je zasazeno do čel a opticky tak uţivatele ujišťuje o pevném spojení, kdy je vnitřní vybavení dostatečně chráněno před moţným poškozením. Pro uţivatele by mělo být ovládání stroje intuitivní, jelikoţ ovládací prvky na čele jsou logicky rozmístěny. Ve vrcholu kruţnice předního čela se nachází čtveřice konektorů pro připojení svařovacích kabelů a nad nimi je umístěn ovládací panel, který umoţňuje nastavit všechny potřebné parametry pro svařování s kvalitními výsledky. Na zadním čele jsou to pak na stejném místě ve vrcholu méně často pouţívané konektory, tedy připojení do sítě, připojení tlakové láhve s ochranným plynem a tlačítko hlavního vypínače. Protoţe je zařízení navrţené jako invertorového typu s digitálním řízením, dochází k nastavení velkého mnoţství parametrů automaticky a dobrých svařovacích výsledků dosáhne i méně zkušený svářeč. strana

57


Výměna cívky respektuje ergonomii, tedy otevřením dvířek vzniká dostatečný prostor pro manipulaci s cívkou a madlo na těle zdroje poskytuje jejich jednoduché otevření. Dvířka jsou umístěná na pantu, aby nebylo nutné je celé sundávat a nedocházelo tak k jejich poškození či podření při manipulaci s nimi v dílně. Velkou roli v psychologické funkci hraje barevnost zdroje. Na čela je pouţita tmavě šedá barva, jelikoţ není tak tvrdá a striktní jako čistě černá barva. Je to barva neutrální a působí nerušivým dojmem. Toto má funkci i z hlediska zachování vzhledu zdroje, jelikoţ se s ním pracuje v podmínkách montáţí, dílem a průmyslu, dojde velmi rychle k jeho zašpinění a přece jenom tmavě šedá barva je s ohledem na tyto skutečnosti vhodnější. Tělo zdroje je plechové a ve výsledném designu vyplývá z barevnosti vyuţívané danou firmou. Navrţená barevnost je vţdy postavená na kontrastu neutrální šedé barvy s výrazným sytým odstínem pestré barvy. Cílem bylo vytvořit svařovací zdroj, který by na uţivatele působil stabilním spolehlivým dojmem při zachování dobré funkčnosti zdroje a vytvoření uţivatelsky intuitivního a pohodlného ovládání.

9.2 Ekonomická funkce Z ekonomické stránky patří navrţený svařovací zdroj do střední výkonnostní skupiny, jejichţ cena se pohybuje v základní výbavě okolo 50 000 Kč. U návrhu by moţnou cenu mohla zvýšit cena nákladů na výrobu formy pro technologii vstřikování plastů pro výrobu čel zdroje. Tělo svým tvarem nevybočuje z krytování podobných zdrojů a jediným moţným zvýšením nákladů můţe být tvorba prolisů na bočních stěnách zdroje, ty ovšem přinášejí větší tuhost a robustnost, a proto zvyšují kvalitu svařovacího zdroje. Digitální řízení stroje přináší zvýšení efektivity svařování, současně i sníţení nároků na kvalifikaci svářeče, čímţ se sniţují i náklady na provoz. Multifunkční svařovací zdroj s moţností svařování metodou MMA nebo MIG/MAG je ideálním řešením při častém vyuţívání obou metod skloubením do jednoho stroje a tedy šetří náklady uţivatele, kdy zakoupením získává několik moţností v jednom stroji. Zároveň koncentruje všechny důleţité prvky do jednoduchého ovládacího panelu s moţností ukládání nastavených parametrů, čímţ krátí čas svářeče při svařování stejného materiálu. Moţnost vyuţití synergického procesu rovněţ šetří mnoţství přídavného drátu a ochranného plynu. Přece jen jsou u těchto strojů nejdůleţitější technické parametry a tedy vynikající svařovací vlastnosti, čímţ se dosahuje dobrých výsledků svařování bez vzniku velkého mnoţství vadných svarů. Z hlediska pořizovacích nákladů by se navrţený zdroj měl řadit mezi ostatní zdroje stejného typu a jeho cena by neměla být výrazně vyšší. Celkově lze ekonomickou funkci zhodnotit aţ po přesném výpočtu nákladů na výrobu formy pro vstřikování plastů, která představuje výraznou poloţku. Avšak kvalitně navrţený stroj dobrých parametrů vzbuzuje u zákazníka pocit dobré investice a z tohoto důvodu je nutné pouţívat kvalitní materiály a zařídit spolehlivý servis.

strana

58


9.3 Sociální funkce

9.3

Svařovací zdroj má vysoký výkon, dobré svařovací vlastnosti a robustní konstrukci, proto se hodí pro pouţití v profesionální sféře ve výrobních, montáţních firmách, i těţkém průmyslu, stejně tak i pro svařování v domácích dílnách. Svými vlastnostmi by měl zjednodušit obsluhu, zvýšit efektivitu a výsledek svařování. Tím se zároveň sniţují náklady na opravy vadných svarů a na čas svářeče. Z hlediska sociální funkce by měl mít člověk moţnost pracovat s kvalitními stroji, které splňují ergonomická pravidla a nepoškozují lidské zdraví, stejně tak i neničí ţivotní prostředí. Povolání svářeče je velmi náročné nejen na přesnost vykonávaného procesu, ale i na ochranné pomůcky především pak zraku. Proto by měl zaměstnavatel poskytnout zaměstnanci důstojné podmínky pro práci se svařovacím zdrojem.

strana

59

Závěr

ZÁVĚR Diplomová práce zpracovává návrh multifunkčního svařovacího zdroje pro metodu svařování obalenou elektrodou a metodu svařování v ochranné atmosféře plynu. Seznamuje s historickým vývojem svařování, se základními technickými poţadavky kladenými na svařovací zdroj a s pohledem na úspěšné produkty současného trhu se svařovací technikou. Všechny tyto poznatky jasněji definovaly cestu, kterou by se měl návrh vydat a jeho celkovou podobu výrazně ovlivnily. Součástí diplomové práce jsou variantní studie designu, které ukazují průběh práce na návrhu a zároveň i to, jak i malá změna ve tvarování profilové křivky výrazně mění jeho celkové působení a ukazují na důleţitost provedení detailů. Na začátku jsem si definovala základní poţadavky na výsledek práce, mezi kterými bylo vytvořit především koncept, který je funkční, i kdyţ se tímto omezily moţnosti tvarování. Díky tomuto jsem musela respektovat technické podklady dodané firmou, coţ vedlo ke vzniku práce poloţené na reálných základech s vizí do blízké budoucnosti. Mezi dalšími poţadavky byl důraz na ergonomii při manipulaci se zdrojem a jasné ovládání svařovacího zdroje. Dalším bodem, který výrazně ovlivnil konečnou podobu práce, byla snaha o integraci madla či úchopů a tedy snaha vytvořit kompaktní tvarově propojený celek. Tvarově je navrţený zdroj definovaný výraznou profilovou křivkou a zaoblením. Tyto dva prvky ho odlišují od dostupných zdrojů stejného typu. Kolmá křivka v přechodu na tělo nebrání v opticky plynulém přechodu hmot a celkově je pak tvarování čel a těla kompaktní. Tvar profilu vycházející z kruţnice logicky rozmístil prvky na čelech. Tyto prvky mají mezi sebou jednotné rozestupy a délkově jsou zarovnány na středy kruţnic konektorů, čím je celek propojen a vzniká tak závislost mezi jednotlivými prvky. Kruţnice, resp. její výřez, je charakteristická pro celý návrh, od profilového tvaru, tvaru větrací mříţky aţ po prolisy na plechovém krytování těla. Zjednodušeně tvar prolisů odpovídá bočnímu pohledu na navrţený zdroj a jejich druhá řada je umístěna ve stejné výšce jako konektory na čelech, čímţ vzniká tvarové a optické propojení všech částí. Prolisy v plechu pak neplní pouze grafickou funkci, ale zvyšují robustnost a tuhost skříně a umoţnily i integraci madla místo jednoho prolisu, takţe si všechny prvky zachovávají jednotné tvarosloví. Vzhledem k hmotnosti svařovacího aparátu bylo důleţité dobře vyřešit tvar a umístění úchopů pro moţnost přenášení zdroje. Z tohoto důvodu vznikly dva úchopy ve tvaru válce v přesazích čel. Toto umístění poskytuje pohodlné přenášení zdroje jak jedním, tak dvěma lidmi a respektuje ergonomická pravidla. Navrţený zdroj je invertorového typu s digitálním řízením, čímţ se zjednodušuje svařovací proces a lze ho plně ovládat několika prvky na ovládacím panelu. Součástí je i paměťová jednotka s přednastavenými programy, které lze upravovat a rovněţ moţnost synergického reţimu, kdy změnou jednoho parametru dojde automaticky ke změně závislých parametrů. Tyto funkce vedou ke zvýšení kvality svarů i u méně zkušených svářečů. V práci jsem si úspěšně vyzkoušela spolupráci konstruktéra a designéra, která přináší značná úskalí a z pohledu designu hlavně velké mnoţství omezení. Při řešení diplomové práce jsem přišla do kontaktu s reálnou firmou a dověděla jsem se strana

60

Závěr

mnoţství praktických informací, co je vyrobitelné, a co není, s ohledem na zachování funkčnosti a tato zkušenost je pro mě velmi cenná. V rámci obsahu i výsledného designu jsem, podle mého názoru, splnila cíle, které jsem si na začátku předsevzala.

strana

61

Seznam použitých zdrojů

SEZNAM POUŢITÝCH ZDROJŮ Seznam literatury [1]

AMBROŢ, Oldřich; KANDUS, Bohumil; KUBÍČEK, Jaroslav. Technologie svařování a zařízení. Ostrava : ZEROSS, 2001. 395 s. ISBN 80-85771-81-0.

[2]

Učební texty pro evropské svářečské specialisty, praktiky a inspektory. Ostrava : ZEROSS, 2002. 418 s. ISBN 80-85771-97-7.

[3]

KOVAŘÍK, Rudolf. Technologie svařování. Plzeň : Západočeská univerzita, 2000. 185 s. ISBN 80-7082-697-5.

[4]

LAMAROVÁ, Milena. Průmyslový design: Stroje, nástroje, průmyslové výrobky. Praha : Odeon, 1985. 71 s.

[5]

RUBÍNOVÁ, Dana. Ergonomie. Brno : CERM, 2006. 62 s. ISBN .80-2143313-2.

[6]

PACHMANOVÁ, Martina. Design: Aktualita, nebo věčnost?. Praha : Vysoká škola uměleckoprůmyslová, 2005. 189 s. ISBN 80-86863-05-0.

[7]

FIEL, Charlotte; FIEL, Peter. Industrial Design A-Z. Köln : Taschen, 2006. 576 s. ISBN 3-8228-5057-8.

[8]

ČSN EN 60974- Zdroje pro obloukové svařování

Seznam internetových zdrojů [1]

http://www.kuhtreiber.cz/ [online]. 2010 [cit. 2010-10-14]. http://www.kuhtreiber.cz/. Dostupné z www: .

[2]

http://www.migatronic.cz [online]. 2010 [cit. 2010-10-14]. http://www.migatronic.cz. Dostupné z www: .

[3]

http://www.fronius.cz [online]. 2010 [cit. 2010-10-15]. Http://www.migatronic.cz. Dostupné z www: .

[4]

http://www.welding.cz [online]. 2010 [cit. 2010-10-15]. http://www.migatronic.cz. Dostupné z www: .

[5]

http://www.cws-anb.cz [online]. 2010 [cit. 2010-10-20]. http://www.migatronic.cz. Dostupné z www: .

[6]

http://automig.cz/ [online]. 2010 [cit. 2010-11-12]. Http://automig.cz/. Dostupné z www: .

[7]

http://www.kemppi.com/ [online]. 2011 [cit. 2011-01-20]. http://www.kemppi.com/. Dostupné z www: .

[8]

http://www.linde-gas.cz/cs/ http://www.linde-gas.cz/cs/. gas.cz/cs/>.

strana

62

[online]. Dostupné

z

2011 [cit. 2011-01-28]. www:
Seznam použitých zdrojů

Seznam citací [1.1]

AMBROŢ, Oldřich; KANDUS, Bohumil; KUBÍČEK, Jaroslav. Technologie svařování a zařízení. Ostrava : ZEROSS, 2001. 395 s. ISBN 80-85771-81-0., s. 87

[1.2]


[1.3]


[1.4]


[1.5]


strana

63

Seznam použitých zkratek, symbolů a veličin

SEZNAM POUŢITÝCH ZKRATEK, SYMBOLŮ A VELIČIN MIG/MAG - Metal Inert Gas, Metal Active Gas MMA - Manual Metal Arc Welding WIG – Wolfram Inert Gas mm – jednotka délky A – jednotka elektrického proudu V – jednotka elektrického napětí kg – jednotka hmotnosti

strana

64

Seznam obrázků

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Historická rotační svářečka Siemens, 30. Léta 20. století ......................... 16 Dostupné z: [cit. 2010-10-14]. Obr. 2 Historická rotační svářečka Kjellberg, 30. Léta 20. století ...................... 16 Dostupné z: [cit. 2010-10-14]. Obr. 3 Svařovací oblouk .......................................................................................... 17 Dostupné z: <www.kmm.zcu.cz/Benesova/Skriptasvarovani.doc> [cit. 2010-10-20]. Obr. 4 Princip svařování metodou MIG/MAG ..................................................... 19 Dostupné z: <www.kmm.zcu.cz/Benesova/Skriptasvarovani.doc> [cit. 2010-10-20]. Obr. 5 Migatronic Pi ................................................................................................ 22 Dostupné z: [cit. 2010-11-09]. Obr. 6 Hořák Migatronic MIG-A Twist................................................................. 23 Dostupné z: [cit. 2010-11-09]. Obr. 7 Vývoj svařovacích zařízení firmy Fronius ................................................. 24 Dostupné z: [cit. 2010-11-09]. Obr. 8 Svařovací zdroj pro obalenou elektrodu .................................................... 24 Dostupné z: [cit. 2010-11-09]. Obr. 9 Svařovací zdroj MIG/MAG, TransPuls Synergic 4000 ............................ 25 Dostupné z: [cit. 2010-11-09]. Obr. 10 Svařovací zdroj MIG/MAG, VarioSynergic 4000 ................................... 25 Dostupné z: [cit. 2010-11-09]. Obr. 11 Svařovací zdroj Transsteel 3500 /5000 ..................................................... 26 Dostupné z: [cit. 2010-11-09]. Obr. 12 Kemppi Minarc........................................................................................... 27 Dostupné z: [cit. 2010-11-12].

strana

65

Seznam obrázků

Obr. 13 Svařovací zdroj Master MLS ................................................................... 27 Dostupné z: [cit. 2010-11-12] Obr. 14 Svařovací zdroje Kempact ........................................................................ 28 Dostupné z: [cit. 2010-11-12] Obr. 15 Varianta 1 ................................................................................................... 30 Obr. 16 Varianta 1, řešení úchopů ......................................................................... 30 Obr. 17 Varianta 1, řešení úchopů ......................................................................... 31 Obr. 18 Varianta 1, řešení úchopů ......................................................................... 31 Obr. 19 Varianta 2 ................................................................................................... 32 Obr. 20 Varianta 3, vývoj průběhu zaoblení a profilové křivky ......................... 34 Obr. 21 Varianta 3, vývoj průběhu zaoblení a profilové křivky ......................... 33 Obr. 22 Varianta 3, vypnutí křivky a vznik úchopů............................................. 34 Obr. 23 Finální řešení .............................................................................................. 35 Obr. 24 Rozměry lidské ruky.................................................................................. 36 Obr. 25 Přenos zdroje dvěma osobami .................................................................. 37 Obr. 26 Přenos zdroje jednou osobou .................................................................... 38 Obr. 27 Manipulace s ovladači ............................................................................... 39 Obr. 28 Otevírání dvířek ......................................................................................... 40 Obr. 29 Průběhy zaoblení ....................................................................................... 42 Obr. 30 Rozmístění prvků na čele .......................................................................... 43 Obr. 31 Varianta prolisů ......................................................................................... 44 Obr. 32 Varianta vystouplých prolisů.................................................................... 44 Obr. 33 Finální varianta prolisů............................................................................. 44 Obr. 34 Bílé provedení čel ....................................................................................... 45 Obr. 35 Tmavě šedé čela s červeným tělem ........................................................... 46 Obr. 36 Světle šedé provedení čel ........................................................................... 46 Obr. 37 Středně šedé provedení čel ........................................................................ 47 Obr. 38 Tmavě šedé provedení čel ......................................................................... 47 Obr. 39 Umístění loga firmy ................................................................................... 48 Obr. 40 Ovládací panel ............................................................................................ 48 Obr. 41 Ikona metody svařování MIG/MAG ........................................................ 49 Obr. 42 Ikona metody svařování MMA................................................................. 49

strana

66

Seznam obrázků

Obr. 43 Číslo zvoleného programu ......................................................................... 49 Obr. 44 Ikona volby programu ............................................................................... 49 Obr. 45 Ikony volby Ampérů a rychlosti podávání drátu .................................... 49 Obr. 46 Ikony volby Voltů a synergického procesu .............................................. 49 Obr. 45 Ikony volby Ampérů a rychlosti podávání drátu .................................... 49 Obr. 47 Vnitřní uspořádání, pohled 1 .................................................................... 53 Obr. 48 Vnitřní uspořádání, pohled 2 .................................................................... 53 Obr. 49 Nástin řešení vozíku pro transport ........................................................... 54 Obr. 50 Nástin řešení vozíku pro transport s lahví se svařovacím plynem......... 55

strana

67

Seznam tabulek

SEZNAM TABULEK Tab. 1 Rozměry lidské ruky .................................................................................... 39

strana

68

Seznam příloh

SEZNAM PŘÍLOH Rozměrový výkres svařovacího zdroje Náhledy zmenšených posterů Sumarizační poster A1 Designérský poster A1 Ergonomický poster A1 Technický poster A1 Model v měřítku 1:1 CD s digitální podobou diplomové práce

strana

69

Seznam tabulek

strana

70

Seznam příloh

strana

71

Seznam tabulek

strana

72

Seznam příloh

strana

73

Seznam tabulek

strana

74

svařování obalenou elektrodou, svařování v ochranné atmosféře plynu, invertor, design multifunkčního svařovacího zdroje

Recommend Documents