Tiltanordning

Vid val av material till tiltanordningen användes de värden som räknats fram gällande de krafter som uppkommer vid belastning. Då det primära för stången är att hålla för belastningen bordet utsätts för var det viktigt att beräkna den spänning som

uppkommer som resultat av kraften vid maximal belastning. Denna spänning användes därefter som referens då olika material jämfördes. Resultat från spänningsberäkningar finnes i bilaga 6.

Genomförande

Med hjälp av CES togs mekaniska egenskaper och annan data fram för tre olika metaller; rostfritt stål, magnesium samt aluminium. Då det finns ett stort antal olika legeringar av dessa metaller användes medelvärden för att underlätta jämförelsen. Tabell 3 visar egenskaper av intresse för tidigare nämnda metaller.

43

Rostfritt stål Magnesium Aluminium

Densitet [kg/m3] 7600 - 8100 1740 - 1950 2500 - 2900 Pris [SEK/kg] 48,8 - 53,7 28,8 - 31,7 15,9 - 17,5 E-modul [GPa] 189 - 210 42 - 47 68 - 82 Sträckgräns [MPa] 170 - 1000 70 - 400 30 - 500 Hårdhet [HV] 130 - 570 35 - 135 12 - 151 Brottseghet [MPa.m1/2] 62 - 150 12 - 18 22 - 35 Tabell 3, materialdata tiltanordning

Resultat

Alla tre material klarar av de beräknade spänningarna med god marginal och bör således hålla för uppskattad belastning. Rostfritt stål är överlägset starkast när det gäller sträckgräns, E-modul, hårdhet och brottseghet. Däremot är det den dyraste och tyngsta av de tre jämförda materialen. Magnesium har lägst vikt och lågt pris, men är svagast och har sämst egenskaper gällande väderbeständighet. Aluminium är billigast av de tre men jämfört med rostfritt stål är hållbarheten mycket lägre.

Tiltanordningens dimensioner gör att materialåtgången blir låg, vilket gynnar både pris och vikt. Rostfritt stål är den överlägset starkaste metallen av de tre jämförda, och då fokus ligger på denna aspekt framför pris och vikt väljs därför rostfritt stål som material för tiltanordningen. Även till de fästen som sitter på undersidan av

bordsskivan skall tillverkas i rostfritt stål. Trots att komponenterna som är kopplade till tiltfunktionen sitter under bordsskivan och således oftast ej är fullt synliga, är det av intresse att göra dem estetiskt tilltalande. För att uppnå detta beslutades det att dessa skall vara tillverkade i borstat rostfritt stål.

2.13.3 Upphängningsanordning

Upphängningsanordningen definieras som den krok som fästs till ramen samt den hylsa som omsluter den, inklusive vingskruven som spänner mot kroken. Den kloss som sitter ihop med hylsan är även den inräknad i upphängningsanordningen. Tanken är att hylsan och klossen tillverkas i samma material, medan kroken tillverkas i ett annat. Dessutom är det tänkt att klossen är täckt i en typ av mjukt gummi för att vara så skonsamt som möjligt mot räcket, samt för att öka friktionen mot detta. Då kroken kommer bära upp lasten från bordet är det här primärt att dess material är så starkt som möjligt. För hylsan och klossen är även denna parameter viktigt, men också att de är så lätta som möjligt då de ej är bärande utan endast stödjande. För alla dessa

komponenter är det nödvändigt att de är slitstarka och har god väderbeständighet. Utöver detta är det önskvärt att de är estetiskt tilltalande.

Genomförande

För själva kroken är det av största betydelse att den är tillverkat av ett starkt material som tål höga laster, då den kommer bära hela ramen, bordsskivan samt föremål som lastas på bordet. Dess form gör också att den lämpar sig för tillverkning genom gjutning i första steget, för att därefter borras för att få fram de hål där skruven fästs mot ramen.

Med hjälp av CES togs data fram för rostfritt stål, som tidigare visat sig lämpligt för tiltanordningen. Då dess egenskaper är sådana att detta material lämpar sig för

44

gjutning, är tillräckligt starkt samt skall användas till tiltanordningen, togs beslutet att använda det även till kroken.

För att göra hylsan och klossen så lätta som möjligt samtidigt som de är tillräckligt starka, uteslöts rostfritt stål. Istället jämfördes endast aluminium och magnesium (se tabell 4). Magnesium Aluminium Densitet [kg/m3] 1740 - 1950 2500 - 2900 Pris [SEK/kg] 28,8 - 31,7 15,9 - 17,5 E-modul [GPa] 42 - 47 68 - 82 Sträckgräns [MPa] 70 - 400 30 - 500 Hårdhet [HV] 35 - 135 12 - 151 Brottseghet [MPa.m1/2] 12 - 18 22 - 35 Tabell 4, materialdata upphängningsanordning

Ytan på klossen skall dock kläs i en sorts gummi och därför jämfördes ett antal olika elastomerer; butylgummi, etylen-vinyl-acetat (benämns hädanefter EVA) och

polyisopren. Då parametrar som är viktiga hos metallerna ej är av intresse i detta fall jämfördes istället elastomererna främst med hänsyn till pris och densitet (se tabell 5).

Butylgummi Etylen-vinyl-acetat Polyisopren

Densitet [kg/m3] 900 - 920 945 - 955 930 - 940

Pris [SEK/kg] 24,9 – 27,4 13,3 – 14,6 19,7 – 21,7 Tabell 5, materialdata gummidel

Resultat

Som tidigare nämnt valdes rostfritt stål ut även till kroken. Hylsan och klossen behöver dock vara lättare varpå valet står mellan aluminium och magnesium. Aluminium är något tyngre men är däremot hälften så dyrt som magnesium. Aluminiumlegeringar har också högre E-modul än magnesium och är på de andra punkterna något starkare. Beslut togs därför att tillverka hylsan och klossen i aluminium.

Som synes är det mycket små differenser mellan de jämförda elastomererna. De är alla lätta och relativt billiga men vad som däremot är negativt är att de är icke återvinningsbara. Butylgummi har god förmåga att töjas men påverkas negativt av UV-strålning. Detta kan i längden bli ett problem då långt tids användning i solljus kan ändra gummits egenskaper. EVA och Polyisoporen har bättre motstånd mot detta. EVA är dessutom flexibelt och starkt, har högt motstånd mot kemikalier samt kan processas med många olika typer av tillverkningsmetoder. Utöver detta är det den billigaste av de tre jämförde och därför valdes EVA framför de andra två.

2.14 Viktberäkningar

Ett krav som sattes upp i kravspecifikationen var att produktens totala vikt ej skall överstiga 7 kg. Detta för att dels underlätta vid transport och på så sätt minska utsläpp,

45

men också för att underlätta handhavandet och monteringen för användaren. Det är ändå av betydelse att vikten inte är allt för låg, då detta leder till minskad stabilitet och därmed sämre upplevd kvalitet.

2.14.1 Genomförande

För att beräkna vikten på produkten användas de funktioner för detta som finns att tillgå i Pro/ENGINEER® .Den indata som behövs för att göra detta är densitet, vilken togs fram genom materialdata från Granta CES EduPack 2008 (benämns hädanefter CES). Den beräknade vikten innefattar vikten av ramen, bordsskivan, tiltanordningen samt upphängningsanordningen till räcket. Fästelement uteslöts ur beräkningarna då det ej fanns data för dessa samt att de ej fanns att tillgå som CAD-modeller.

Uppskattningsvis rör sig totalvikten hos fästelementen om ett par hundra gram. De värden på densitet som användes samt total vikt för de olika delarna redovisas i tabell 6 nedan.

Komponent Material Densitet [kg/m3] Vikt [kg]

Ram + bordsskiva Ek 650 5,1 Tilt-rör Rostfritt stål 7850 0,350 Tilt-fästen Rostfritt stål 7850 0,135 Upphängningskrokar Rostfritt stål 7850 0,870 Klaffar Aluminium 2700 0,200 Gummi EVA 950 0,045 Tabell 6, viktberäkningar 2.14.2 Resultat

Total vikt för alla delar blir efter addition 6,7 kg vilket är strax under kravsatta 7 kg. Vikt som tillkommer är den från de standardiserade fästelementen, men då dessa ej fanns att tillgå som CAD-modeller gjordes ej några massberäkningar i

Pro/ENGINEER® . Uppskattningsvis rör sig dessas totala vikt inte mer än om ett par hundra gram, och således hamnar produktens totala vikt strax under 7 kg.

2.15 Hållfasthetsberäkningar

Inom tillverkningsindustrin är hållfasthetsaspekten alltid ett viktigt inslag i utvecklingsarbetet. Beroende på vilken typ av produkt som skall produceras och planerad produktionsvolym, är behoven av optimerade hållfasthetsberäkningar olika. Alla produkter bör naturligtvis hålla för den lasten de utsätts för, men vissa behöver beräknas mer detaljerat än andra. I exempelvis en bilmotor finns det många

komponenter som, förutom att de skall hålla, också gynnas av att vara så små som möjligt. Kan storleken minimeras samtidigt som komponenten behåller sina övriga egenskaper finns det en ekonomisk vinning att göra. Vikten blir mindre och

materialåtgången likaså, vilket leder till stora besparingar då produktionsvolymen är hög. För att uppnå detta är det mycket viktigt att hållfasthetsberäkningarna är så detaljerade och ingående som möjligt.

46

När det gäller konstruktion av en produkt som exempelvis ett balkongbord kan prioriteringarna se annorlunda ut. Det är även här möjligt att minimera bordets form och storlek och ändå uppnå önskad belastningsförmåga, med lägre

tillverkningskostnad som följd. Då det viktiga för en produkt av den här typen är dess form och funktion är en sådan här optimering inte önskvärd, då det med största sannolikhet begränsar dessa parametrar. Det är fortfarande nödvändigt att produkten klarar av den belastning den är avsedd för men fokus bör inte ligga på optimerad materialåtgång framför form. Vid noggranna beräkningar kan det visa sig att rent storleksmässigt är produkten överdimensionerad men formen och funktionen är likväl det viktiga i detta fall.

Vid beräkning av hållfasthet och krafter som uppkommer vid last konsulterades Teknologie doktor Patrik Cannmo vid JTH. Efter diskussion konstaterades det att bordet är överdimensionerat om man endast ser till belastningsförmåga, vilket innebär att exempelvis ramens och bordsskivans dimensioner är större än vad de behöver vara. Bordsskivan i sig bör hålla för de laster som bordet kan tänkas utsättas för och

detsamma gäller för ramen. Något som dock kan vara av intresse är den rörkonstruktion som dels fungerar som stöd under bordsskivan men också är

nödvändig för tiltfunktionen. Denna tar upp all last som bordet utsätts för, vilket ger upphov till en kraft som löper från fästpunkten på bordsskivan till urfräsningen i ramen, via rörkonstruktionen. Denna kraft fördelas då på de båda stänger som löper mellan bordsskivan och ramen.

2.15.1 Genomförande

För att beräkna ovan nämnda kraft gjordes en förenklad modell, där bordsskivan (från dess fästpunkt i ramen och utåt), rörkonstruktionen samt ramen (från bordsskivans fästpunkt ner till den mittersta urfräsningen) utgjorde en figur där alla krafter rymdes. För att göra en så noggrann beräkning som möjligt hade det varit nödvändigt att ta hänsyn till att bordets fästpunkt i ramen är något förskjuten i vertikalled från

urfräsningen, men då denna differens är liten gjordes en förenklad modell. Dessutom stöder inte de stänger som löper från bordsskivan direkt i urfräsningen utan de löper innan ramen för att möjliggöra funktionen. Även här handlar det om små avstånd och även detta förenklades för att underlätta i beräkningarna. Vid beräkningarna användes olika laster på bordsskivan för att simulera vilka olika krafter som kan uppstå då lasten varierar. Dels räknades det på vad som i kravspecifikationen definierades som normal användning (3-5 kg) och här användes då 3 kg som indata. Det räknades även på tyngre belastning (här 6 kg) samt den i kravspecifikationen definierade

maxbelastningen (15 kg). I figur 44 nedan är P kraft från pålagd massa och F är den resulterande kraften i stången.

47

Figur 44, Beskrivning av krafter

Den beräknade kraften användes sen för att beräkna den spänning som uppkommer i materialet. Stålrörets tvärsnittsarea är här en faktor i beräkningarna, då den avgör hur stor spänningen blir. Vid beräkningarna användes en ytterdiameter på 6 mm för röret, vilket innebär ett solitt rör. Kompletta beräkningar presenteras i bilaga 6.

2.15.2 Resultat

Då lasterna är låga i jämförelse med bordets dimensioner innebar detta att krafterna och även spänningen i röret blev mycket låga. Den beräkningen som är mest

intressant ur hållfasthetssynpunkt är det scenario då bordets belastas med maxvikten (15 kg). Det är denna som rörkonstruktionen måste hålla för. Spänningen som

beräknades uppkomma i röret visade sig även vid maximal belastning vara mycket låg och således konstaterades det att rörkonstruktion kommer hålla för belastningen med god marginal.

48

3 Resultat

3.1 Slutgiltig design

Den slutgiltiga designen arbetades fram genom att bordets visualiserades i

Pro/ENGINEER® (se figur 45). Visualiseringen av den slutgiltiga produkten var en viktig del i arbetet då fotorealistiska bilder, med tillhörande ritningar, ger ökad förståelse för produktens utseende och dess funktioner (se bilaga 7).

Nedan följer enklare beskrivningar av bordets separata delar.

Figur 45, Slutgiltig design

3.1.1 Ram

När det gäller ramens utseende och dimensioner har dessa tagits fram som ett resultat av att fokusera på stabilitet. Då det tidigt i arbetet visade sig att befintliga produkter fungerar bättre mot välvda balkonger än vad som i första början antogs, har den slutgiltiga ramen en plan sida mot balkongräcket. Vad som däremot visade sig

bristfälligt hos andra produkter var stabilitet och på grund av detta har ramen en sluten profil. En bräda sitter horisontellt ovanför bordsskivan för att öka stabiliteten och minska risken för haveri. För att kunna utnyttja bordsskivans yta maximalt, sattes denna bräda tillräckligt högt upp för att kunna placera exempelvis ett glas under (se figur 46).

49

Figur 46, Ram framifrån

Då balkongen är välvd kommer de två vertikala brädorna ligga an mot balkongen och det är då viktigt att det finns tillräckligt mycket friktion mellan denna yta och

balkongräcket. För att uppnå detta, samt för att agera dämpande och göra det skonsamt för både ramen och balkongräcket, fästes en gummikloss mot ramen (se figur 47). Materialet som valdes till detta är EVA, vilket klarar kontakt med många olika kemikalier och således kan limmas fast.

50

3.1.2 Bordsskiva

Bordskivan ger med sina 350x600 mm (exklusive rundningar) gott om plats åt en måltid för två. Dess rundade kanter samt monteringen i ramen gör att bordsytan kan utnyttjas maximalt. Springorna mellan brädorna gör att vatten lätt kan rinna igenom utan att bli stående på bordsskivan och missfärga träet (se figur 48). Mittbrädorna monteras alla med 30 mm-träplugg vilket presenteras i ritningarna (se bilaga 7).

Figur 48, Bordsskiva ovanifrån

3.1.3 Upphängningsanordning

De elva skruvhålen på ramens baksida möjliggör nio olika höjdmonteringar av upphängningsanordningen, med ett totalt spann på 270 mm, vilket väl uppfyller de uppsatta kraven (se figur 49).

Den skjutbara klaffen har två monteringsmöjligheter då den går att ta av och vända. Den vinklade sidan monteras inåt då bordet monteras kring ett runt balkongräcke och den ger då ökat stöd och säkerhet eftersom detta förhindrar att bordet lyfter från räcket (se figur 50). Den platta sidan används med fördel då bordet monteras på ett plant räcke (se figur 51). Båda sidorna är gummibeklädda för att ge ökad friktion mot räcket, samtidigt som det förhindrar repor.

51

Figur 49, Upphängningsanordning

Figur 50, Inställning till runt räcke Figur 51, Inställning till rakt räcke

3.1.4 Tiltanordning

Utöver stabilitet lades även fokus på möjlighet att tilta bordsskivan. Detta problem löstes genom en rörkonstruktion på undersidan av bordsskivan som hakas fast i

urfräsningar på ramen (se figur 52). Dessutom kan den sättas fast i två olika positioner på undersidan av bordsskivan vilket kombinerat med fem olika höjdnivåer på ramen ger möjlighet att tilta bordet i tio olika lägen. Förutom att erbjuda möjlighet till tilt fungerar även rörkonstruktionen som stöd till bordsskivan och är en nödvändighet för

52

att hålla denna i position. Såväl vid ramen som vid bordsskivan kan rörkonstruktionen hakas ur, detta för att göra möjliggöra hopfällning av bordet (se figur 53). För fler vyer, se bilaga 8.

Figur 52, Urfräsning ram

53