Utveckling av Skyddsventil till Ozongenerator

Utveckling av skyddsventil till

ozongenerator

Design of Protection Valve for

Ozone Generator

Sammanfattning

Ozongeneratorer ¨ar anv¨andbara vid reng¨oring och kan appliceras p˚a en m¨angd olika s¨att, bland annat rening av vatten. F¨oretaget Primozone utvecklar konkurrenskrafti-ga ozongeneratorer. I de system d¨ar ozonet tills¨atts direkt i vattnet kan ett bak˚atfl¨ode ske vid maskinfel. Generatorn ¨ar k¨anslig f¨or vatten och d¨armed beh¨ovs ett skyddande system. Primozone anv¨ander en mekatronisk skyddsventil f¨or att hindra eventuellt bak˚atfl¨odande vatten. Primozone vill f¨orb¨attra sin nuvarande skyddsventil fr¨amst in-om tillverkningspris och prestanda, f¨or tillf¨allet ¨ar den dyr att tillverka och erh˚aller inte de ursprungliga prestandam˚alen. M˚alet med arbetet ¨ar utveckla en ny version av skyddsventil ˚at Primozone enligt en kravspecifikation.

Projektet resulterar i tv˚a skyddsventiler. En optimering av den nuvarande skydd-sventilen ang˚aende bland annat pris, estetik, tillverkning, inkapsling, vikt- och ma-terialminsking med samma prestanda. Den andra skyddsventilen ger stora prestan-da¨okningar och ¨ar f¨ordelaktig vid st¨orre system d¨ar annars flera skyddsventiler hade beh¨ovts anv¨andas.

Ozone generators are useful in sanitation and can be applied in a variety of ways, including water purification. The company Primozone develops competitive ozone generators. In the systems where the ozone is added directly into the water, a back-flow can occur in the event of machine failure. The generator is sensitive to water and therefore a protective system is required. Primozone uses a mechatronic protection valve to prevent any backflowing water. During this project a new version of the pro-tection valve for Primozone is developed, where the goal is to reduce shortcomings and increase performance.

The project resulted in two protective valves. One optimization of the current protection valve including price, aesthetics, weight, manufacturing, encapsulation and material reduction with the same performance. The second protection valve offers high performance gains and is advantageous in larger systems where otherwise several safety valves would have been needed.

F¨

orord

Detta examensarbete inom produktutveckling- och designprogrammet omfattar 30 h¨ogskolepo¨ang f¨ordelat mellan oss. Vi vill tacka Primozone, s¨arskilt Jonas Arildsson och Mikael Scott f¨or det goda samarbetet och f¨ortroendet f¨or arbetet. Vi vill tacka Knightec, Jessica Elmehav som f¨ormedlade oss till Primozone om examensarbete och ordnande av kontorsplats med mjukvarulicenser. Stort tack till Joakim Van der Schaaf som agerade konsult ˚at oss under konceptarbetet. Vi vill ¨aven tacka v˚ar handledare H˚akan Wernersson f¨or det engagemang och feedback som vi f˚att kontinuerligt under hela projektet. Vi hoppas att v˚art arbete kommer till nytta f¨or Primozone i deras str¨avan att erbjuda system f¨or tillverkning av ozon i v¨arldsklass. Viktor Billberg

Jacob Bj¨orkman Malm¨o, maj 2018

Inneh˚

all

1 Inledning 1

1.1 Avgr¨ansningar . . . 2

1.2 Primozone . . . 2

1.3 Standarder och Regelverk . . . 3

2 Teknisk probleml¨osning 3 2.1 Identifiering av kundbehov . . . 4 2.2 Konceptgenerering . . . 5 2.3 Konceptval . . . 6 2.4 Konstruktion . . . 7 3 Utf¨orande 8 3.1 Identifiering av kundbehov . . . 8 3.2 Konceptgenerering . . . 12 3.3 Konceptval . . . 20 3.4 Slutgiltigt koncept . . . 23 4 Resultat 23 4.1 Konstruktionsf¨orslag . . . 24 4.2 Slutliga konstruktionsval . . . 27 4.3 Konstruktion . . . 28 4.4 Slutlig produktspecifikation . . . 36 4.5 Ber¨akningar . . . 37 4.5.1 Tryckfall . . . 37 4.5.2 Skruvf¨orband . . . 38 4.6 DFMA . . . 39 5 Diskussion 39 6 Slutsats 40 K¨allh¨anvisningar 41 A Ritningar A1 B Morfologisk matris A5

1 Inledning

1

Inledning

Ozon n¨amns oftast i samband med ozonskiktet, den sk¨old av ozon i stratosf¨aren som skyddar v¨axter och djur p˚a jorden fr˚an UV-str˚alning [1]. Molekylen best˚ar av tre syreatomer och ¨ar starkt oxiderande, instabil samt giftig ¨aven i sm˚a volymer. I ren form ¨ar den ¨aven explosiv [2].

Ozon till¨ampas fr¨amst inom rening av fluider eller gas. Industrier anv¨ander ozon inom organisk kemi och till att rena vatten fr˚an ¨amnen som kemikalier, f¨arg¨amnen och l¨akemedel. Det anv¨ands ¨aven som desinfektion av dricksvatten och ¨ar vanligt f¨orekommande bland bryggerier. Med r¨att m¨angd ozonhalt i vatten ¨ar det oskadligt f¨or fiskar och akvariedjur samtidigt som det ger en h¨og kvalitet p˚a vattnet. Detta medf¨or att fiskfarmar, akvarieanl¨aggningar och ¨aven akvarier i hemmamilj¨oer kan anv¨anda ozon f¨or att h˚alla vattnet rent.

Nyare applikationer f¨or ozon som utforskas ¨ar exempelvis ytreng¨oring inom k¨ottindustrin och ozonbehandling av mat som skall bevaras l˚ang tid [3][4]. Ozonet reagerar med smuts och partiklar som sedan bryts ned till dess oftast mer hanterba-ra best˚andsdelar. Dessa nya partiklar kan sedan till exempel separeras fr˚an fluiden med ett filter. Processen vid tillverkning av ozon grundas i att syrgas passerar en elektronisk urladdning. Den h¨oga temperaturen i det uppst˚aende plasmat delar syre-molekylerna till syreatomer som sedan reagerar med de resterande syresyre-molekylerna och bildar ozon.

Ventiler ¨ar ett reglerverktyg f¨or att variera fl¨odet genom ett system. I detta ar-bete ska en eller flera skyddsventiler konstrueras till en serie ozongeneratorer som f¨oretaget Primozone production AB tillverkar [5]. Ozongeneratorer anv¨ands ofta till rening av vatten d¨ar generatorn tills¨atter ozonet i vatten. Generatorn ¨ar vat-tenk¨anslig och vid ett eventuellt fel kan trycket fr˚an generatorn understiga vatten-fl¨odets tryck. Vid en s˚adan h¨andelse ska skyddsventilen stoppa fl¨odet och f¨orhindra vatten att n˚a generatorn. Om vatten skulle n¨arvara i reaktorn sker en kortslutning vilket kan orsaka stora skador. Primozones nuvarande skyddsventil uppfyller inte alla de krav de har p˚a enheten och den ¨ar inte heller optimerad f¨or tillverkning. Pro-dukten kommer att ers¨atta den nuvarande versionen av Primozones s¨akerhetsventil vilken illustreras i figur 1. Syftet ¨ar att f¨orb¨attra eller eliminera de nuvarande brister som finns p˚a den befintliga skyddsventilsl¨osningen. Antingen genom designen av en eller flera nya skyddsventiler eller optimering av den befintliga f¨or att tillfredst¨alla kundbehoven. Den nya ventill¨osningen ska effektivt stoppa fl¨odet vid ett eventuellt fel med en mycket h¨og tillf¨orlitlighet och om m¨ojligt reducerat pris. M˚alet ¨ar att konstruera en b¨attre ventill¨osning som kan tas i produktion f¨or att effektivt skydda Primozones generatorer fr˚an skador fr˚an backfl¨ode av vatten. Arbetet resulterar i en framst¨allning av tv˚a olika skyddsventiler som gemensamt erbjuder Primozone en mer ekonomisk och prestandaeffektiv l¨osning ¨an det nuvarande systemet.

1.1

Avgr¨

ansningar

P˚a grund av arbetets omfattning innefattas inte tillverkningen av enheter utan en-dast teknisk probleml¨osning och validering. Arbetet innefattar inte en fullst¨andig kostnadsanalys f¨or den kompletta produkten vilket sker av Primozone i efterhand. Materialval begr¨ansas till de material som Primozone har god erfarenhet av d˚a deras generatorer skapar h¨ogre koncentration av ozon ¨an material testas f¨or, vilket g¨or ex-tern testdata otillf¨orlitlig. F¨or de delar av konstruktionen som uts¨atts f¨or ozonfl¨odet ¨

ar materialet begr¨ansat till aluminium, rostfritt st˚al och polytetrafluoreten(PTFE). Primozone ¨ar slutlig beslutstagare genom processen ang˚aende bland annat koncept-val, konstruktion, utformning och avv¨agningar.

Figur 1

Primozones nuvarande skyddsventilsl¨osning. De kubformade blocken i ovan och underkant av enheten ¨ar gasinlopp

respektive utlopp och det svarta h¨oljet inneh˚aller ventil och elektronik.

1.2

Primozone

Primozone grundades ˚ar 2000 med syftet att f¨orb¨attra ozongenerator-teknologin. De d˚avarande ozongeneratorerna p˚a marknaden hade m˚anga brister. Utvecklings-teamets uppgift var att reducera s˚a m˚anga av dessa brister som m¨ojligt. Resultatet blev en ozongenerator som kan producera den h¨ogsta koncentrationen av ozon med den l¨agsta livscykelkostnaden. Idag ¨ags Primozone av Westfal-Larsen Technology AS i Norge, en familje¨agd organisation startad 1905 som ¨ager ett flertal f¨oretag inom teknologibranschen. Idag ¨ar Primozone etablerad p˚a marknaden och deras system s¨aljs ¨over hela v¨arlden.

2 Teknisk probleml¨osning

1.3

Standarder och Regelverk

M˚anga produkter kr¨aver klassificering enligt standarder och regler inom h¨alsa, milj¨o och s¨akerhet. Dessa standarder och regler styr d¨arf¨or till viss del produktutveck-lingsprocessen [6]. ¨Aven m¨arkningar som inte ¨ar obligatoriska kan bidra med en stor f¨ordel och konkurrenskraft. M¨arkning ger kunden en enkel f¨ors¨akran om en pro-dukts kvalitet. Den nya skyddsventilen ska konstrueras med f¨orberedelser f¨or att underl¨atta framtida CE och UL m¨arkning.

CE-m¨arket ¨ar en f¨ors¨akran att tillverkaren uppfyller de h¨also, milj¨o och s¨akerhetskrav samt best¨ammelser som st¨alls p˚a produkten utifr˚an EU-direktiv. [7] De flesta pro-dukter som s¨aljs inom Europeiska ekonomiska samarbetsomr˚adet (EES) m˚aste vara CE-m¨arkta. CE-m¨arkning ¨ar till f¨or att f¨orb¨attra frihandeln inom EU, med en CE-m¨arkning kan produkten s¨aljas fritt inom Europas inre marknad. Tillverkaren ¨ar sj¨alv ansvarig f¨or att s¨akerst¨alla att produkten f¨oljer de krav och ¨overensst¨ammelser som g¨aller f¨or CE-m¨arkning. [8]

UL-m¨arkning eller Underwriters Labratories-m¨arkning sker fr¨amst p˚a den ameri-kanska marknaden. UL-m¨arket ¨ar v¨al etablerat p˚a marknaden och drivs av f¨oretaget UL. M¨arkningen gynnar f¨oretag p˚a marknaden genom att direkt visa en klassifice-ring i kvalitet och s¨akerhet p˚a den givna produkten. Produkter godk¨anda f¨or UL-m¨arkning m˚aste f¨olja de standarder som UL har utarbetat f¨or produkttypen i fr˚aga. [9]

2

Teknisk probleml¨

osning

Teknisk probleml¨osning ¨ar ett hj¨alpmedel best˚aende av metoder f¨or konceptgenere-ring och konceptval f¨or att n˚a den b¨asta m¨ojliga l¨osningen utifr˚an problemformu-lering. Identifiering av kundbehov, egenskaper och studering av l¨osningar ligger till grund f¨or processen. I litteraturen finns det flera tillv¨agag˚angs¨att f¨or teknisk pro-bleml¨osning. Exempel som presenteras av K. T. Ulrich och S. D. Eppinger[10], P. Abrahamson [11] och H. Johannesson, J-G. Persson och D. Pettersson [12].

F¨or att n˚a en l¨osning som s¨akert uppfyller de komplexa krav som finns p˚a produk-ten fr˚an flera olika intressenter s˚a v¨aljs de tekniska probleml¨osningsprocessen fr˚an Ulrich och Eppinger d˚a de fokuserar p˚a att uppfylla kundens behov d¨ar exempelvis H. Johannesson, J-G. Persson och D. Pettersson l¨agger mer vikt p˚a konstruktions-delen.

Eftersom produkten redan finns i en f¨orsta version v¨aljs identifiering av m¨ojligheter och produktplanering bort d˚a de blir redundanta. De steg som genomf¨ors blir d¨arf¨or:

1. Identifiering av kundbehov 2. Produktspecifikationer 3. Konceptgenerering 4. Konceptval

6. Industridesign 7. DFMA

2.1

Identifiering av kundbehov

F¨or att s¨akerst¨alla att en produkt blir framg˚angsrik p˚a marknaden s˚a ¨ar det viktigt att identifiera kundens behov [6]. Metoden kan anv¨andas b˚ade p˚a slutkunden men ¨

aven p˚a andra intressenter. Identifieringen kan ske systematiskt med en femstegs-metod [10]:

1. Insamling av r˚adata 2. Tolkning av r˚adata 3. Organisering av behov

4. Fastst¨allning av behovens relativa betydelse 5. Reflektion

Benchmarking

Benchmarking ¨ar en metod f¨or att unders¨oka befintliga produkter p˚a marknaden. Den utg˚aende information anv¨ands som grund f¨or konceptvalet senare i produktut-vecklingsprocessen och kan vara en god inspirationsk¨alla. Benchmarking ¨ar effektivt f¨or att s¨akerst¨alla att den utvecklade produkten ¨ar konkurrenskraftig mot mark-naden. Vanligt unders¨okta omr˚aden innefattar pris, probleml¨osningar och produk-tionskostnad. Metoden kan r¨aknas som en f¨orb¨attringsprocess eller ett organiserat l¨arande med dynamik och utvecklingsprocess. F¨or¨andringar av en produkt kopplat till inl¨arning och vidareutveckling kallas ibland f¨or benchlearning som anv¨ands i samband med benchmarking. Denna typ av metod ¨ar anv¨andbar i kombination med kompetensutveckling inom det givna omr˚adet. [13]

Framtagning av produktspecifikationer

F¨or att kunna utveckla en produkt som uppfyller de mer subjektiva kundbehoven s˚a kr¨avs det att de omvandlas till m¨atbara produktspecifikationer. En produktspe-cifikation best˚ar av en m¨atbar egenskap samt ett v¨arde f¨or den. [12]

Egenskaper

Produktens egenskaper ska beskrivas utan att ta st¨allningen till hur de uppfylls. De ska ¨aven vara m¨atbara p˚a ett praktiskt s¨att f¨or utvecklingslaget. Egenskaperna m˚aste d¨arf¨or vara tillr¨ackligt omfattande f¨or att fungera som bas f¨or produktutveck-lingsprocessen. [12]

M˚alspecifikationer

Specifikationer som uppr¨attas i b¨orjan av ett utvecklingsprojekt kallas m˚alspecifikationer d˚a de ¨ar just m˚al och inte n¨odv¨andigtvis kan uppfyllas. M˚alspecifikationerna grun-das p˚a de insamlade kundbehoven. Utifr˚an behoven sammanst¨alls specifikationsm˚al.

2 Teknisk probleml¨osning

Dessa m˚al ligger till grund genom hela produktutvecklingsprocessen f¨or att uppn˚a ett bra resultat. Specifikationerna uppdateras under processen utifr˚an de begr¨ansningar som kan uppkomma i det valda konceptet. [10]

2.2

Konceptgenerering

Konceptgenereringen ¨ar en ”timglasformad” process. Det betyder att utg˚angspunkten ¨

ar bred men smalnar av f¨or att bredda sig igen. Generering av m˚anga koncept ¨ar viktigt f¨or att hitta de b¨asta l¨osningarna som uppfyller kundm˚alen. Grundid´en ¨ar att koncepten ska l¨osa den givna huvudfunktionen f¨or produkten. Huvudfunktionen ¨

ar den funktion produkten ska utf¨ora f¨or att l¨osa det givna problemet. Huvudfunk-tionen delas sedan upp i delfunktioner f¨or l¨attare navigering genom processen. [10] Extern s¨okning

F¨or att undvika att ”˚ateruppfinna hjulet” s˚a ¨ar det viktigt med en s¨okning utanf¨or organisationen f¨or att hitta l¨osningar som andra kommit p˚a f¨or problemet i fr˚aga. Exempelvis genom att prata med experter och spetsanv¨andare, l¨asa facklitteratur samt att benchmarka mot liknande produkter. [11]

Gallerimetoden

Gallerimetoden ¨ar ett effektivt s¨att att kombinera individuellt arbete med grupp-arbete f¨or att generera ett stort antal l¨osningsf¨orslag. F¨orst sker en individuell id´egenerering och d¨arefter presenterar varje gruppmedlem sina koncept. L¨osningsf¨orslagen skrivs ofta p˚a separata blad och s¨atts sedan upp p˚a en v¨agg f¨or presentation. Pro-jektmedlemmarna f˚ar d¨armed en ¨overblick p˚a alla l¨osningar gruppen har genererat. Medlemmarna kan sedan ge f¨orslag till f¨orb¨attringar f¨or de alla l¨osningsf¨orslagen eller spontant generera nya relaterade koncept. [10]

Provokation, f¨orflyttning och ¨overdrift

F¨orflyttning och provokation ¨ar en metod f¨or att generera id´eer utifr˚an ett givet problem. Metoden liknar ett tankeexperiment. Processen grundar sig i att provo-kationer g¨ors p˚a ett koncept. Konceptet eller de id´eer det genererar beh¨over inte vara realistiska, det ¨ar snarare uppmuntrat. Ett exempel p˚a en provokation (Po) kan vara Flygplan borde landa upp och ner. Provokationen verkar om¨ojlig men kan leda till id´eer om f¨orb¨attringar. Syftet med metoden ¨ar att i detta steget fundera p˚a f¨ordelarna med att landa upp och ner. En f¨ordel kan vara att piloten f˚ar myc-ket b¨attre uppsikt ¨over landningsbanan. Det kan leda till att fundera ¨over var en pilot i vanliga fall ¨ar b¨ast placerad, vilket i sin tur kan leda till l¨osningar som att placera videokameror som kan imitera f¨ordelen men appliceras i verkligheten.[14]

¨

Overdrift ¨ar en process d¨ar du ¨overdriver en provokation. Metoden fokuserar p˚a en ¨

overdrift av direkta m¨atbara v¨arden som volym, temperatur, tryck, antal och s˚a vidare. ¨Overdriften appliceras som en kraftig ¨okning eller minskning av ett v¨arde. Ett exempel kan vara ”poliser har sex ¨ogon”. Genom den ¨overdriften kom f¨orslaget om grannsamverkan fram, att allm¨anheten kan agera som extra ¨ogon ˚at polisen. [14]

Funktionstr¨ad

F¨or att systematiskt utforska l¨osningsrymden s˚a kan de genererade l¨osningsfragmenten ordnas in i ett funktionstr¨ad. P˚a detta s¨att kan enkelt l¨osningar visualiseras och icke funktionella delar av funktionstr¨adet bortkastas. [12]

Morfologisk matris

Morfologisk matris ¨ar en metod f¨or att systematiskt generera unika l¨osningsalternativ. Anv¨andningen av metoden kr¨aver att identifiering av tre till fem ¨overgripande para-metrar av problemet. Sedan sker identifiering av attribut som varje parameter kan ha, som i tabell 1 . Det g˚ar enkelt att generera ett stort antal l¨osningar genom att ¨

oka attributen. Om det ¨ar fyra parametrar och tio attribut appliceras p˚a vardera parameter genererar det 104 _{eller 10 000 kombinationer [15].}

Tabell 1

Exempel p˚a en morfologisk matris som kan anv¨andas f¨or spel. De fyra parametrarna ¨ar karakt¨ar, plats, m˚al och

hinder med tillh¨orande attribut i vertikalt led. Varje led genererar d¨armed ett m¨ojligt scenario.

Karakt¨ar Plats M˚al Hinder

1 Riddare Skog R¨adda person Drake

2 Agent Storstad Stoppa ondska Vargar

3 Monster Grotta Fly Riddare

2.3

Konceptval

Det finns m˚anga olika metoder f¨or att v¨alja l¨osningskoncept. Genom att basera va-let i l¨osningsmatriser s˚a minskar risken f¨or att personliga k¨anslor p˚averkar besluten. Det medf¨or ¨aven att koncepten dokumenteras v¨al f¨or framtiden.[10]

Val, viktning och bed¨omning av l¨osningsvarianter

En bed¨omningsmatris ¨ar en metod f¨or att ta fram de b¨asta l¨osningsf¨orslagen LF. Metoden ger en objektiv bed¨omning p˚a l¨osningarna genom att sammanst¨alla och betygs¨atta dem systematiskt. Betygen delas ut i betyg, till exempel 1-5 p˚a respek-tive kriterium K. Betyg 5 betyder att kriteriet uppfylls b¨ast och 1 mindre bra. F¨or illustration, se tabell 2.

Po¨angs¨attningsmatris och k¨anslighetsanalys

Konceptpo¨angs¨attningsmatrisen ¨ar en metod f¨or att ranka l¨osningsalternativen fr˚an bed¨omningsmatrisen [10]. En viktning V s¨atts p˚a respektive kriterium. Viktning-en s¨atts med en bed¨omning 0-1 och utg¨or sammanlagt en summa p˚a 1 f¨ordelat p˚a kriterierna. Viktningen multipliceras med bed¨omningsbetyget B och summeras. L¨osningsf¨orslaget med h¨ogst po¨ang blir den b¨asta l¨osningen. Exempelvis som i tabell 3.

F¨or att bed¨oma hur robust resultatet av po¨angs¨attningsmatrisen ¨ar kan en k¨anslighetsanalys genomf¨oras. Det ¨ar f¨or att motivera att det eller de vinnande l¨osningsf¨orslagen ¨ar robusta och s¨akerst¨alla att resultatet fr˚an po¨angs¨attningsmatrisen inte ¨ar en tillf¨allighet. Metoden bygger p˚a att viktningen av kriterierna ¨andras och d¨armed ger andra resultat. Om resultaten ¨ar approximativt lika po¨angs¨attningsmatrisen tyder det p˚a att det vinnande konceptet ¨ar robust.

2 Teknisk probleml¨osning

Tabell 2

Exempelmall bed¨omningsmatris.

L¨osningsf¨orslagen bed¨oms med po¨ang enligt

olika kriterium.

LF1 LF2

K1 1 2

K2 2 1

Tabell 3

Exempelmall f¨or po¨angs¨attningsmatris.

Kriterium viktas och multipliceras med

bed¨omningsbetyget. kriterier K1 K2 Vikt V 0,4 0,6 LF1 bed.B 1 2 V*B 0,4 1,2 1,6 LF2 bed.B 2 1 V*B 0,8 0,6 1,4 Slutlig produktspecifikation

Vid val av det slutliga konceptet ska ¨aven en slutgiltig produktspecifikation ge-nomf¨oras. De m˚alspecifikationer som styr arbetet ska uppdateras enligt det valda konceptet. I denna process g¨ors ¨aven avv¨agningar. Avv¨agningar kan intr¨affa n¨ar tv˚a prestandaegenskaper motverkar varandra och intr¨affar n¨astan alltid mellan pre-standa och kostnad eller h˚allfasthet och vikt. Den slutgiltiga produktspecifikationen f¨oljer en fem-stegsprocess enligt f¨oljande:

1. Utveckla tekniska modeller av produkten. 2. Utveckla en kostnadsmodell f¨or produkten.

3. Uppdatera specifikationerna genom att g¨ora avv¨agningar n¨ar det ¨ar n¨odv¨andigt. 4. F¨ordela ner de underordnade specifikationerna p˚a ett l¨ampligt s¨att.

5. Reflektera ¨over resultat och processen.

I steg ett dimensioneras konstruktionen enligt de givna tekniska specifikationer-na och st¨allda kraven. Unders¨okning sker om specifikationerna uppfyller de givna m˚alspecifikationerna och unders¨oker hur de b¨ast kan uppn˚as. I steg tv˚a st¨alls en kost-nadsmodell upp f¨or att unders¨oka om produkten kan tillverkas enligt m˚alkostnaden. Utifr˚an steg ett och steg tv˚a best¨ams v¨arden och specifikationen utifr˚an en pre-standa relativt kostnadseffektivitet. I steg fyra f¨ordelas specifikationerna p˚a de olika komponenterna d.v.s. de delsystem som tillsammans utg¨or produkten. Detta steg ¨

ar mest relevant f¨or komplexa produkter, till exempel bilar. Uppdelningen g¨or varje delfunktion enklare att konstruera. I steg fem sker en reflektion ¨over processen f¨or att finna eventuella fel eller m¨ojlighet till f¨orb¨attring. [10]

2.4

Konstruktion

Mekanisk konstruktion ¨ar metoder f¨or konstruktion av strukturer och maskiner fr˚an maskinelement [16]. De innefattar bland annat att bygga teoretiska modeller f¨or funktionerna som efterfr˚agas f¨or konstruktionen och dimensioneringen av maskine-lement och f¨astningsmetoder d¨arefter. Solidworks ¨ar ett mjukvaruverktyg f¨or att designa, konstruera och presentera 3D-modeller [17]. Programmet har ¨aven st¨od f¨or h˚allfasthets- och fl¨odessimuleringar som ett hj¨alpmedel f¨or att kunna analysera te-oretisk h˚allfasthet och fl¨odesprestanda.

Ber¨akningar

F¨or att f¨oruts¨aga en konstruktions egenskaper innan fysisk testning kan utf¨oras s˚a kan systemet analyseras med en teoretisk modell. Samband och lagar inom fysik och konstruktionsteknik kan d˚a anv¨andas f¨or att s¨akerst¨alla att konstruktionen uppfyller sina krav.

Fl¨odesmekanik

Fl¨odesmekanik ¨ar l¨aran om hur fluidfl¨oden beter sig. Den grundar sig i ett antal mekaniska och termodynamiska grundlagar. Exempelvis lagen om masskonservering och energiprincipen.

Inom str¨omningsmekanik finns det tv˚a prim¨ara s¨att att betrakta ett fluidfl¨ode. Den ena ¨ar det Lagrangeska s¨attet d¨ar en volym betraktas med dess in och utfl¨oden. Den andra ¨ar det Eulerska s¨attet d¨ar fluiden delas upp i sm˚a punkter och fl¨odet ber¨aknas mellan dessa.[18]

Skruvf¨orband

Ett skruvf¨orband ¨ar ett mekaniskt f¨orband som h˚alls samman av en skruv och en g¨anga, antingen i en av de materialbitar som f¨orbandet verkar p˚a eller en se-parat mutter. Ett skruvf¨orband kan b˚ade ¨overf¨ora normalkrafter och skjuvkrafter (j¨amf¨ort med f¨orbindelseplanet). Skruvf¨orbandet ¨ar mest l¨ampat f¨or normalkrafter d˚a f¨orbandet blir formbetingat. F¨or att ta upp tv¨arkrafter kr¨avs det en f¨orsp¨anning i skruvf¨orbandet som bildar friktionskraft mellan elementen f¨orbandet verkar p˚a. [16] DFMA

DFMA ¨ar en metod f¨or att minska tillverkningskostnaden och d¨armed kunna s¨anka priset eller ¨oka vinstmarginalen p˚a en produkt. DFMA st˚ar f¨or Design For Manu-facturing and Assembly. Metoden b¨or vara involverad huvudsakligen i konceptvalet och konstruktionen p˚a grund- och detaljniv˚a. Ett enkelt s¨att f¨or att minska till-verkningskostnaden ¨ar att minska antalet komponenter utan att det leder till att de kvarst˚aende komponenterna blir sv˚ara att tillverka. F¨orst˚aelse inom tillverknings och- monteringsmetoder ¨ar v¨asentligt f¨or att uppn˚a ett bra resultat. [19]

3

Utf¨

orande

Problemformulering, id´egenerering, och konceptval utf¨ors enligt de presenterade me-toderna och teorin i kapitel 2. Koncept v¨aljs med verktyg som bland annat kravspe-cifikation, benchmarking och matriser. P˚a de valda koncept utf¨ors ber¨akningar och sist sker konsultation med Primozone innan slutliga koncept v¨aljs.

3.1

Identifiering av kundbehov

F¨or identifiering av kundbehov intervjuas anst¨allda p˚a Primozone(intervju, 16 mars 2018, Jacob Bj¨orkman, Viktor Billberg) som ¨ar anslutna till produkten och dess service. En analys av den befintliga produkten genomf¨ors f¨or att identifiera f¨ordelar och brister. Eventuella loggar om tidigare anv¨andning unders¨oks. Identifiering av de prim¨ara och latenta kundbehoven ¨ar v¨asentligt f¨or att uppn˚a ett gott resultat.

3 Utf¨orande

Kundbehoven kommer att verka som ett styrande dokument under hela processen [10].

Intervjuer sker individuellt med fyra utvalda personer spridda ¨over olika arbets-omr˚aden f¨or att bredda typen av feedback. De personer som intervjuas arbetar med, service, sales, supply chain och automation.

Informationen fr˚an intervjuerna omformateras till en sammanst¨allning av kund-behov enligt tabell 4.

Tabell 4

Tabellen visar en sammanst¨allning av kundbehoven efter intervjuer med anst¨allda p˚a Primozone.

Behovsnr. Behov

1 St¨anga vid vattenfl¨ode

2 Vara vanligtvis st¨angd

3 L˚ag tillverkningskostnad

4 L˚anga serviceintervaller (helst servicefri)

5 T˚ala arbetstrycket

6 Klara gasfl¨ode fr˚an tv˚a maskiner

7 L˚agt tryckfall

8 Ozonkompatibel fl¨odesv¨ag

9 CE m¨arkning

10 UL m¨arkning

11 Enkel kapslings˚atkomst

12 Inget br¨annbart fett

13 Elektrisk bak˚atkompabilitet

14 Kunna sammankopplas med injektionsventil

15 T˚ala industrimilj¨on

16 Skicka signal vid vattendetektering

17 Enhetlig estetik

18 Mekanisk kompatibel

Framtagning av produktspecifikationer

Produktspecifikationer sammanst¨alls och presenteras i form av egenskap- och behov-stabeller. P˚a grund av den l˚aga volymen och avsaknaden av fullst¨andig prisinforma-tion f¨or alla komponenter s˚a anv¨ands inte en kostnadsmodell utan ist¨allet j¨amf¨ors de ing˚aende komponenterna med de fr˚an den tidigare modellen f¨or att skatta kostnaden. Egenskaper

Med behoven fr˚an tabell 4 sammanst¨alls en egenskapstabell med m¨atbara egenska-per, i tabell 5. Betydelsefaktorn viktas utifr˚an underlag fr˚an intervjuerna. I tabell 6 visas vilka egenskaper som fyller de givna behoven.

Tabell 5

Egenskapstabell med m¨atbara egenskaper, betydelsefaktor och enhet.

Egenskapsnr. Behovsnr. M¨atbar egenskap Betydelsefaktor Enhet

1 1 Kan stoppa vattenfl¨ode 5 Bin¨art

2 2 Endast ¨oppen vid korrekta signaler 5 Bin¨art

3 3, 6 Tillverkningskostnad 5 SEK

4 4 Serviceintervall 3 M˚anader

5 5 Tryckt˚alighet 5 Bar

6 6 Gasfl¨ode 4 m3/h

7 7 Tryckfall 4 Bar

8 8, 12 Ozonkompabilitet 5 Bin¨art

9 9 F¨olja CE krav 5 Bin¨art

10 10 F¨olja UL krav 5 Bin¨art

11 11 ˚Atkomst till elektroniken 4 Tid

12 13 Elektrisk bak˚atkompabilitet 5 Bin¨art

13 14. 18 Mekaniskt kompatibel 5 Bin¨art

14 15 Kapslingsklassning 5 Lista

15 16 Vattendetektion 5 bin¨art

16 17 Enhetlig estetik 3 Subj

17 19 Vikt 3 Kg

3 Utf¨orande

Tabell 6

Behovs- och egenskapsmatris d¨ar kryssen visar vilken egenskap som fyller vilket behov.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Nr Behov Egensk ap er Kan stoppa v attenfl ¨ode Endast ¨opp en vid k orrekta signaler Tillv erkningsk ostnad Servicein terv all T ryc kt ˚alighet Gasfl ¨ode T ryc kfall Ozonk ompatibilitet F¨olja CE kra v F ¨olja UL kra v ˚ Atk omst till elektronik en Elektrisk k ompabilitet Mek aniskt k ompatib el

Kapslingsklassning Vattendetektion Enhetligt

estetik

Vikt Volym

1 Kunna hindra vattenfl¨ode X

2 Vara vanligtvis st¨angd X

3 L˚ag tillverkningskostnad X

4 L˚anga serviceintervaller X

5 T˚ala arbetstrycket X

6 Klara gasfl¨ode fr˚an tv˚a maskiner X X

7 L˚agt tryckfall X

8 Ozonkompatibel fl¨odesv¨ag X

9 CE m¨arkning X

10 UL m¨arkning X

11 Enkel kapslings˚atkomst X

12 Inget br¨annbart fett X

13 Elektrisk bak˚atkompabilitet X

14 Sammankoppling m. injektionsventil X

15 T˚ala industrimilj¨on X

16 Skicka signal vid vattendetektering X

17 Enhetligt estetik X

18 Mekanisk kompabilitet X

M˚alspecifikationer

M˚alspecifikationen som visas i tabell 7 grundas p˚a de specifikationer och ¨onskem˚al Primozone har p˚a produkten. Volymen ber¨aknas enligt den totala volym skyddsven-tilen tar upp i rymden enligt de tre huvudm˚atten bredd, h¨ojd och l¨angd.

Tabell 7

Egenskapstabell med m¨atbara egenskaper, betydelsefaktor och enhet. Idealv¨arderna p˚a respektive egenskap

anv¨ands som m˚al vidare i arbetet.

Egenskapsnr. Behovsnr. M¨atbar egenskap Betydelsefaktor Enhet Marginellt v¨arde Idealv¨arde

1 1 Kan stoppa vattenfl¨ode 5 Bin¨art Ja Ja

2 2 Endast ¨oppen vid korrekta signaler 5 Bin¨art Ja Ja

3 3, 6 Tillverkningskostnad 5 SEK < 9000 < 6000

4 4 Serviceintervall 3 M˚anader 12 12

5 5 Tryckt˚alighet 5 Bar ≥ 6 6

6 6 Gasfl¨ode 4 m3_{/h >21 42-45}

7 7 Tryckfall 4 Bar < 0.3 < 0.2

8 8, 12 Ozonkompabilitet 5 Bin¨art Ja Ja

9 9 F¨olja CE krav 5 Bin¨art Ja Ja

10 10 F¨olja UL krav 5 Bin¨art Ja Ja

11 11 ˚Atkomst till elektroniken 4 Tid, minuter < 5 < 1

12 13 Elektrisk bak˚atkompabilitet 5 Bin¨art Ja ja

13 14. 18 Mekaniskt kompatibel 5 Bin¨art Ja Ja

14 15 Kapslingsklassning 5 Lista ip65+ ip65+

15 16 Vattendetektion 5 bin¨art Ja Ja

16 17 Enhetlig estetik 3 Subj 3-4 4-5

17 19 Vikt 3 Kg 7-9 < 7

18 19 Volym 3 m3 < 0.016 < 0.012

3.2

Konceptgenerering

Med kapitel 3.1 som grund sker en konceptgenereringsprocess. Externa och interna k¨allor unders¨oks utifr˚an huvudfunktionen vilken ¨ar att hindra bak˚atfl¨odande vat-ten. Med id´egenereringsmetoder genereras l¨osningsf¨orslag f¨or den givna funktionen. Huvudfunktionen delas upp i delfunktioner och unders¨oks separat f¨or att sedan sam-mankopplas igen till kompletta l¨osningsf¨orslag. De mest lovande l¨osningsf¨orslagen v¨aljs ut och analyseras enligt de framtagna specifikationerna.

Benchmarking

F¨or att s¨akerst¨alla en konkurrenskraftig produkt genomf¨ors en benchmarking och benchlearning f¨or att unders¨oka befintliga l¨osningar. P˚a grund av problemets struk-tur och marknadens nastruk-tur d¨ar teknisk konkurrens och f¨oretagshemligheter ¨ar v¨asentligt finns begr¨ansad information om produkterna.

3 Utf¨orande

Ozone Water Systems

Ozone Water Systems anv¨ander en mekatronisk l¨osning liknande Primozones befint-liga [20]. Id´en grundar sig p˚a en vattensensor som placeras efter injektionsystemet. Om vatten fl¨odar genom ledningen f¨or ozon ska sensorn ge utslag och en ventil sluts innan vattnet hinner passera enligt figur 2. F¨ordelar med denna typ av l¨osning ¨ar att den kan helt strypa fl¨odet till generatorn med h¨og tillf¨orlitlighet ¨aven vid f¨orekomst av vatten˚angor. Nackdelen ¨ar att med denna typ av l¨osning kan dr¨anering och tork-ning av vattensensorn vara sv˚ar och tidskr¨avande. Tillverkningen kan ¨aven vara dyr.

Figur 2

Chemtronics

Chemtronics anv¨ander en icke mekatronisk l¨osning enligt figur 3 [21]. Id´en ¨ar att n¨ar generatorn ¨ar i drift skapar den h¨oga hastigheten p˚a vattnet ett negativt tryck fr˚an generatorn som suger in ozonet genom en venturi, en typ munstycke som ac-celererar ett fl¨ode. Om generatorn pl¨otsligt st¨angs av eller inte bildar tillr¨ackligt undertryck s˚a forts¨atter bak˚atfl¨odande vatten i dess f¨ardriktning genom en back-ventil ist¨allet f¨or att fl¨oda genom ozonfl¨odesv¨agen mot generatorn. F¨ordelar med en s˚adan konstruktion ¨ar att den inte kr¨aver n˚agra elektroniska komponenter vilket minskar eventuella produktionskostnader. Den simpla l¨osningen bidrar till en l˚ag risk f¨or komponenthaveri och billig produktion j¨amf¨ort med en mekatronisk l¨osning. Nackdelen ¨ar p˚alitligheten n¨ar det inte sker n˚agon passiv granskning av vattenfl¨ode eller ˚angor samt ingen m¨ojlighet till att strypa fl¨odet till generatorn.

Figur 3

3 Utf¨orande

Guardian

Guardian anv¨ander en mekatronisk l¨osning med en flytsensor [22]. Id´en bygger p˚a att eventuellt bak˚atfl¨odande vatten fyller en beh˚allare. N¨ar vattenniv˚an i beh˚allaren stiger utl¨oses en flytsensor och ventilen till generatorn sluts, se figur 4. F¨ordelar med denna konstruktion ¨ar dess p˚alitlighet och dess enkla dr¨anering. Nackdelar ¨ar att den inte st¨anger ventilen vid uppkomst av vatten˚angor samt att den ¨ar dyr att tillverka.

Figur 4

OzoneLab

Ozonelab anv¨ande fram till 2009 en vattenf¨alla som skydd mot bak˚atfl¨odande vatten [23]. Konceptet bygger p˚a att utnyttja skillnaden i densiteten mellan fluider och gas enligt figur 5. En kammare med in och utfl¨ode i taket p˚a beh˚allaren. Komponenten monteras vertikalt och eventuellt bak˚atfl¨odande faller ned i beh˚allaren p˚a grund av gravitationen. F¨ordelar med denna konstruktion ¨ar dess enkelhet och den ¨ar d¨armed mycket billig att tillverka. Nackdelar ¨ar att den enbart kan stoppa en begr¨ansad volym av vatten relativt beh˚allarens storlek. Konstruktionen ger ¨aven inget skydd mot eventuella vatten˚angor.

Figur 5

L¨osningsvariant 4. OzoneLab anv¨ander en vattenf¨alla utan mekatronik.

Extern unders¨okning

Utifr˚an huvudfunktionen unders¨oks de olika delfunktionerna St¨anga fl¨ode, Dr¨anering och K¨anna av fl¨ode. Externa k¨allor om hur dessa delfunktionen kan l¨osas analyse-ras p˚a ett l¨ampligt s¨att. Med funktionen St¨anga fl¨ode unders¨oks olika ventiltyper f¨or att l¨osa problemst¨allningen. [24] Med passiva ventiler menas det att de normalt befinner sig i st¨angt l¨age. Dessa ventiler kan endast h˚allas ¨oppna under konstant energitillf¨orsel. Dessa egenskaper ¨ar f¨ordelaktiga f¨or fl¨odessystem som ska stoppas under eventuella tekniska problem. Om str¨omtillf¨orseln bryts sluts ventilen automa-tiskt. Denna typ av konstruktion kan ske elektromekaniskt. Ventils¨atet h˚alls ¨oppet mot en passiv f¨orsp¨anning med ett elektriskt fl¨ode genom en solenoid.

K¨agelventiler

K¨agelventiler eller s¨atesventil ¨ar utformade d¨ar en konisk kropp t¨atar mot ett cir-kul¨art s¨ate i ventilhuset. K¨agelventiler kan utformas f¨or att bli helt t¨ata. Fl¨odet regleras genom att den koniska kroppen kan regleras axiellt mot s¨atet. [24]

3 Utf¨orande

Kulventiler

Kulventiler ¨ar vanligt f¨orekommande vid typen backventiler. En fj¨aderbelastad kula till˚ater fl¨ode i ena riktningen men f¨orhindrar ett fl¨ode i motsatt riktning. Kulventiler anv¨ands ¨aven som avst¨angningsventiler, en kula med ett genomborrat h˚al till˚ater d˚a fl¨ode ˚at b˚ada riktningarna. N¨ar kulan vrids 90◦ grader f¨orhindras fl¨odet. [25]

Grindventiler

Grindventiler ¨ar typiskt konstruerade med att en eller tv˚a diskar f¨ors in och blocke-rar fl¨odet. Trycket f¨or t¨atningar sker endast med fluidtrycket vilket medverkar till att vid l˚aga tryck begr¨ansas ventilens p˚alitlighet vid t¨atning. P˚a grund av dess kon-struktion ¨ar ventilen k¨anslig f¨or slitage vid s¨atet beroende p˚a fluidtrycket, s¨atesarean och sm¨orjning. Denna typ av ventil anv¨ands d¨armed oftast vid system d¨ar de s¨allan beh¨ovs brukas. F¨ordelar med dessa ventiler ¨ar att de har l˚ag resistans mot fl¨odet och kan hantera fl¨oden med solider i. [26]

Avk¨anning av fl¨ode

Med funktionen fl¨odesk¨anning unders¨oks olika typer sensorer f¨or att l¨osa problemst¨allningen. Sensorer anv¨ands p˚a m˚anga kommersiella marknader. De anv¨ands inom omr˚aden

som bilindustrin, konsumentelektronik och medicin. Funktionen av sensorer ¨ar att omvandla en energidom¨an till en annan som exempel magnetisk, optisk, kemisk, mekanisk eller termisk till elektronisk. Idealiskt ¨ar den utg˚aende signalen av en sen-sor alltid proportionell mot den ing˚aende signalen och f¨orblir konstant ¨over tiden. I verkligheten ger sensorer beroende p˚a typ av tillverkning en spridning av k¨anslighet och felmarginal. P˚a grund av detta brukar sensorer kalibreras i efterhand i de system d¨ar sensorn ska verka. [27]

Flytsensorer

Flytsensorer omvandlar oftast mekanisk energi till elektrisk. En flytsensor ¨ar oftast konstruerad med en flytkomponent med l¨agre densitet ¨an mediet som ¨ar placerat i beh˚allaren. Om flytkomponentens position ¨andras avger det en elektrisk signal. IR-sensorer

IR-sensorer bygger p˚a ljusk¨ansliga fototransistorer- eller resistorer. N¨ar ljus med olika energiniv˚aer tr¨affar fototransistorn- eller resistorn ¨andras str¨ommen i kretsen. Denna f¨or¨andring i str¨om kan m¨atas och anv¨andas som styrsignal i ett st¨orre system. [28]

Kapacitiv sensorer

Kapacitiva sensorer ¨ar ett effektivt s¨att att m¨ata fysiska signaler som fukt, tryck, position och acceleration. Funktionen av denna typ av sensor ¨ar att omvandla ka-pacitiv potential till en elektrisk signal. Den elektriska signalen kan sedan anv¨andas som styrsignal f¨or elektroniska system. F¨ordelen med denna typ av sensor ¨ar att den ¨

ar mycket k¨anslig, har l˚ag energif¨orbrukning och beh¨over inte vara i kontakt med medlet och kan verka genom alla icke-magnetiska material. [27] Konduktiva sensorer

tv˚a elektroder. Dr¨aneringsf¨orslag

Olika dr¨aneringsf¨orslag f¨or skyddsventilen unders¨oks f¨or att ventilen ska kunna ˚aterg˚a till normaldrift efter att den har aktiverats och d˚a fyllts med vatten. T¨atad skruv ¨ar den nuvarande dr¨aneringsl¨osningen Primozone anv¨ander, en mycket billig och enkel l¨osning. Dr¨anering kan ¨aven ske via en manuell ventil men d˚a ¨okar priset, b˚ade vid ink¨op av ventil och konstruktion f¨or f¨astning av ventilen.

F¨orflyttning och Provokation

F¨or att ut¨oka l¨osningsrymden st¨alls ett antal provokationer med ¨overdrift som utv¨arderas med f¨orflyttningsmetoden moment f¨or moment. Olika provokationer st¨alls och gruppen diskuterar fram hur systemen p˚averkas. Resultaten redovisas i tabell 8.

Tabell 8

Provokationer med p˚averkan.

Provokationer P˚averkan, en sammanst¨allning av ¨overdrifter och

dess p˚averkan vid ett givet scenario.

Po, trycket ¨ar 800 bar. Konstruktionen har ett undertryck gentemot

at-mosf¨aren. V¨atskor blir till gasform vid l¨agre tem-peratur ¨an vid normalt atmosf¨ariskt tryck.

Po, trycket ¨ar 0,01 bar. Ventilernas st¨alldon kan p˚averkas, sm¨orjmedel f¨or˚angas och inskruvade f¨astelement kan vara sv˚ara att ta bort.

Po, Fl¨odet ¨ar 2000 liter per minut. Vid stort fl¨ode ¨okar trycket om inte dimensioner-na p˚a konstruktionen ¨okar relativt fl¨odes¨okningen, st¨orre volymer vatten beh¨ovs ¨aven dr¨aneras och torkas vid ˚ateruppstart. Stora volymer bidrar att det blir sv˚arare att h˚alla t¨att mot sm˚a volymer. Det beh¨ovs en sensor som har l˚ang r¨ackvidd. Meka-niska fl¨odesm¨atare uts¨atts f¨or stora p˚afrestningar. Po, Temperaturen ¨ar 300 C◦. Materialet kan ta skada, t¨atningar sm¨alter. Mate-rial kan expandera och bli mjukare. Dr¨anering blir mycket farligt med gasexpandering och hett vat-ten.

Po, temperaturen ¨ar -40 C◦. Materialegenskaperna ¨andras, gummimaterial och plasters egenskaper kan f¨ors¨amras eller g˚a s¨onder. Isbildning kan ske p˚a konstruktionen inv¨andigt och utv¨andigt. Dr¨anering kan bli sv˚art, m¨ojligt att komponenter m˚aste hettas upp ¨over 0 C◦ f¨or dr¨anering. Flytsensorer kan frysa fast.

3 Utf¨orande

Gallerimetoden

Med l¨osningar fr˚an m˚alspecifikationen som utg˚angspunkt beskrivs huvudfunktio-nen som Hindra Bak˚atfl¨odande Vatten. Huvudfunktionen bryts ut i tre delfunktio-ner, St¨anga Fl¨ode, Dr¨anering och K¨anna av Fl¨ode. Genom gallerimetoden genereras l¨osningsalternativ till respektive funktion enligt figur 6.

Funktionstr¨ad

Med l¨osningarna fr˚an gallerimetoden som utg˚angspunkt s¨atts ett funktionsdiagram upp enligt figur 6. I funktionstr¨adet organiseras l¨osningarna in under delfunktioner-na och huvudfunktionen.

Figur 6

Funktionstr¨ad, huvudfunktionen delas upp i delproblem enligt figuren f¨or att dela upp probleml¨osningen och

d¨arefter l¨attare kunna identifiera varje delproblem enskilt.

Morfologisk matris

En morfologisk matris anv¨ands f¨or att generera unika l¨osningsalternativ utifr˚an funk-tionstr¨adet i figur 6. L¨osningsf¨orslagen f¨or de tre huvudfunktionerna, St¨anga fl¨ode, Dr¨anering och K¨anna av Fl¨ode multipliceras med varandra. Matrisen genererar 60 st unika l¨osningskombinationer. De tv˚a l¨osningsf¨orslagen kulventil och kolvventil kom-bineras under ’avst¨angningsventil’ d˚a deras f¨or och nackdelar liknar varandra d˚a

i bilaga B.

3.3

Konceptval

Utifr˚an den morfologiska matrisen i kapitel 3.2 v¨aljs de l¨osningsf¨orslag som anses mest l¨ampliga, dessa visas i tabell 9. Tabellen inneh˚aller utvalda kombinationer av funktionerna i figur 6.

Tabell 9

Tabellen visar l¨osningsvarianter som anses l¨ampliga f¨or att klara av produktkraven.

Funktioner LF St¨anga fl¨ode Dr¨anering K¨anna av fl¨ode

1 K¨agelventil Dr¨aneringsh˚al Optisk sensor

2 K¨agelventil Dr¨aneringsh˚al Kapacitiv sensor

3 K¨agelventil H˚al till piprensare Kapacitiv sensor

4 K¨agelventil H˚al till piprensare Optisk sensor

5 Avst¨angningsventil Dr¨aneringsh˚al Optisk sensor 6 Avst¨angningsventil Dr¨aneringsh˚al Kapacitiv sensor 7 Avst¨angningsventil H˚al till piprensare Kapacitiv sensor 8 Avst¨angningsventil H˚al till piprensare Optisk sensor Val, viktning och bed¨omning av l¨osningsvarianter

Utifr˚an de insamlade kundbehoven i kapitel 3.1 sammanst¨alls och viktas fyra krite-rium, i tabell 10. Varje l¨osningsf¨orslag bed¨oms enligt hur bra den skattas uppfylla respektive kriterium enligt tabell 11.

Tabell 10

Beskrivning och viktning av kriterium, kriterium viktas enligt hur betydande de anses vara med tillh¨orande

beskrivning.

Kriterium Bed¨omningsskala Beskrivning

K1 Skattad tillverkningskostnad v=0,2 Tillverkningskostnaden f¨or enheten b¨or vara l˚ag f¨or maximal l¨onsamhet

K2 P˚alitlighet v=0,4 Enheten b¨or vara p˚alitlig ¨aven efter l˚angvarigt bruk

K3 Servicev¨anlighet v=0,1 Enheten b¨or vara enkel att underh˚alla och dr¨anera.

K4 Tryckfall per fl¨odesm¨angd v=0,3 Enheten b¨or ha ett l˚agt tryckfall vid sin nominella fl¨odesm¨angd

Tabell 11

De olika l¨osningsvarianterna bed¨oms efter varje kriterium huruvida de anses prestera.

LF 1 LF 2 LF 3 LF 4 LF 5 LF 6 LF 7 LF 8

K 1 3 5 4 2 3 5 4 2

K 2 2 5 5 2 2 5 5 2

K 3 1 3 5 2 1 3 5 2

3 Utf¨orande

Po¨angs¨attningsmatris och k¨anslighetsanalys

En po¨angs¨attningsmatris st¨alls upp och viktas enligt den information som genererats under identifiering av kundbehov, se tabell 12. Tre k¨anslighetsanalyser genomf¨ors d¨ar viktningen av kriterium varieras. I tabell 13 varieras K1 och K3, i tabell 14 varieras K2 och K3 och i tabell 15 varieras K1 och K4. De l¨osningsf¨orslag med h¨ogst po¨ang blir s˚aledes LF6, avst¨angningsventil med dr¨aneringsh˚al och kapacitiv sensor och LF7 - avst¨angningsventil med h˚al till piprensare och kapacitiv sensor. De fick 4.8 po¨ang vardera med stor marginal gentemot de ¨ovriga l¨osningsf¨orslagen. Vid k¨anslighetsanalys f¨orblir LF6 och LF7 de vinnande l¨osningsf¨orslagen med god marginal och antas d¨armed vara robusta i sin l¨amplighet.

Tabell 12

Bed¨omning av l¨osningsvarianter, betyg och viktning multipliceras f¨or att f˚a ett resultat som visar hur bra varje

l¨osningsf¨orslag klarar de enskilda kraven. Po¨angen summeras och l¨osningenf¨orslagens prestanda i sin helhet kan

j¨amf¨oras. Kriterier K1 K2 K3 K4 Vikt V 0,2 0,4 0,1 0,3 LF1 bed.B 3 2 1 3 V*B 0,6 0,8 0,1 0,9 2,4 LF2 bed.B 5 5 3 3 V*B 1 2 0,3 0,9 4,2 LF3 bed.B 4 5 5 3 V*B 0,8 2 0,5 0,9 4,2 LF4 bed.B 2 2 2 3 V*B 0,4 0,8 0,2 0,9 2,3 LF5 bed.B 3 2 1 5 V*B 0,6 0,8 0,1 1,5 3 LF6 bed.B 5 5 3 5 V*B 1 2 0,3 1,5 4,8 LF7 bed.B 4 5 5 5 V*B 0,8 2 0,5 1,5 4,8 LF8 bed.B 2 2 2 5 V*B 0,4 0,8 0,2 1,5 2,9

Tabell 13

K¨anslighetsanalys med variation p˚a K1 och K3.

Kriterier K1 K2 K3 K4 Vikt V 0,1 0,4 0,2 0,3 LF1 bed.B 3 2 1 3 V*B 0,3 0,8 0,2 0,9 2,2 LF2 bed.B 5 5 3 3 V*B 0,5 2 0,6 0,9 4 LF3 bed.B 4 5 5 3 V*B 0,4 2 1 0,9 4,3 LF4 bed.B 2 2 2 3 V*B 0,2 0,8 0,4 0,9 2,1 LF5 bed.B 3 2 1 5 V*B 0,3 0,8 0,2 1,5 2,8 LF6 bed.B 5 5 3 5 V*B 0,5 2 0,6 1,5 4,6 LF7 bed.B 4 5 5 5 V*B 0,4 2 1 1,5 4,9 LF8 bed.B 2 2 2 5 V*B 0,2 0,8 0,4 1,5 2,9 Tabell 14

K¨anslighetsanalys med variation p˚a K2 och K3.

Kriterier K1 K2 K3 K4 Vikt V 0,2 0,3 0,2 0,3 LF1 bed.B 3 2 1 3 V*B 0,6 0,6 0,2 0,9 2,3 LF2 bed.B 5 5 3 3 V*B 1 1,5 0,6 0,9 4 LF3 bed.B 4 5 5 3 V*B 0,8 1,5 1 0,9 4,2 LF4 bed.B 2 2 2 3 V*B 0,4 0,6 0,4 0,9 2,3 LF5 bed.B 3 2 1 5 V*B 0,6 0,6 0,2 1,5 2,9 LF6 bed.B 5 5 3 5 V*B 1 1,5 0,6 1,5 4,6 LF7 bed.B 4 5 5 5 V*B 0,8 1,5 1 1,5 4,8 LF8 bed.B 2 2 2 5 V*B 0,4 0,6 0,4 1,5 2,9

4 Resultat

Tabell 15

Tredje k¨anslighetsanalysen d¨ar K1 och K4 varieras.

Kriterier K1 K2 K3 K4 Vikt V 0,3 0,4 0,1 0,2 LF1 bed.B 3 2 1 3 V*B 0,9 0,8 0,1 0,6 2.4 LF2 bed.B 5 5 3 3 V*B 1,5 2 0,3 0,6 4,4 LF3 bed.B 4 5 5 3 V*B 1,2 2 0,5 0,6 3,3 LF4 bed.B 2 2 2 3 V*B 0,6 0,8 0,2 0,6 2,2 LF5 bed.B 3 2 1 5 V*B 0,9 0,8 0,1 1 2,8 LF6 bed.B 5 5 3 5 V*B 1,5 2 0,3 1 4,8 LF7 bed.B 4 5 5 5 V*B 1,2 2 0,5 1 4,7 LF8 bed.B 2 2 2 5 V*B 0,6 0,8 0,2 1 2,6

3.4

Slutgiltigt koncept

I samr˚ad med Primozone och med po¨angs¨attningsmatris samt k¨anslighetsanalys som grund v¨aljs tv˚a teoretiska l¨osningsf¨orslag. Anledningen ¨ar att inget av l¨osningsf¨orslagen p˚a egen hand uppfyller alla Primozones krav p˚a prestanda och kostnad. F¨orsta f¨orslaget ¨ar l¨osningsf¨orslag 7. Det ¨ar en avst¨angningsventil med h˚al till piprensare med kapacativ sensor. Den anses ha b¨asta kombinationen av prestanda, tillverk-ningsbarhet, t¨atningsf¨orm˚aga och monterbarhet. Denna typen av ventil har dock h¨ogre kostnad ¨an l¨osningsf¨orslag 2 och 3 vilka klarar leverera godtagbar prestanda f¨or sm˚a installationer av ozongeneratorer. D˚a l¨osningsf¨orslag 3 sammanfaller med Primozones nuvarande skyddsventil kan de delar som fungerar bra ˚ateranv¨andas i konstruktionen och det blir d¨arf¨or rimligt att inom tidsramen f¨or projektet ta fram konstruktionsunderlag f¨or b˚ade l¨osningsf¨orslag 3 och 7. Tillsammans erbjuder de tv˚a l¨osningsf¨orslagen en helhetsl¨osning f¨or Primozones sortiment.

4

Resultat

Resultatet presenteras i renderade bilder p˚a de tv˚a skyddsventilerna med tillh¨orande ritningsunderlag. Resultatet ¨ar tv˚a skyddsventiler som planeras ers¨atta Primozones nuvarande skyddsventil. De tv˚a skyddsventilernas specifikationen och anv¨andningsomr˚ade skiljer sig tillr¨ackligt f¨or att det ska vara aktuellt att ha b˚ada i samma sortiment. En f¨or mindre system med mindre ozongeneratorer och en f¨or st¨orre system med st¨orre eller flera ozongeneratorer.

4.1

Konstruktionsf¨

orslag

Tillsammans med konsultation fr˚an Knightec AB tas fem praktiska konstruktionsf¨orslag fram [29]. Vid genomg˚ang av konstruktionen v¨aljs konceptvalet till en l¨osning enligt LF6 ist¨allet f¨or LF7 d.v.s. dr¨aneringsh˚al ist¨allet f¨or h˚al till piprensare. Denna ¨andring sker p˚a grund av mekaniska begr¨ansningar i utf¨orandet av konceptet innefattande dimensioner och utformningen p˚a dr¨aneringsh˚al kontra piprensare. De fem konstruk-tionsf¨orslag som sammanst¨alls ¨ar exklusive dr¨aneringsplacering. Vid unders¨okning av de standardventiler som finns p˚a marknaden ¨ar utbudet mycket begr¨ansat enligt de givna specifikationerna f¨or en aktiv ventil med den fl¨odesm¨angd, tryckfall och ozonkompabilitet som kr¨avs. Med avseende p˚a detta tas konstruktionsf¨orslagen 1-5 fram.

Konstruktionsf¨orslag 1

Konstruktionen best˚ar av en grundprofil i tv˚a delar enligt figur 7. Eventuellt vat-tenfl¨ode kommer ifr˚an v¨anster sida triggar sensorn, d¨arefter sluts ventilen innan vattnet hinner passera. En k˚apa placeras ¨over sensorn, elektroniken och ventilen f¨or att agera som skydd och f¨or estetiska ¨andam˚al. Ventilen sp¨anns in i profilen enligt figur 8. Tv˚a adaptrar med O-ringar skruvas p˚a ventilen. Ena adaptern har samma form som profilen A och fixerar ventilen i rotation. P˚a andra sidan sitter en cirkul¨ar adapter som ¨ar fritt roterbar. P˚a detta s¨att kan den cirkul¨ara adaptern justera den totala l¨angden p˚a ventilen plus adaptrarna s˚a att de kan kl¨ammas fast med sam-ma profildimension varje g˚ang. Profilen B kr¨aver ingen bearbetning utom f¨asten f¨or skruvf¨orband och agerar som ett insp¨anningsblock. Konstruktionen sp¨anns ihop med ett skruvf¨orband p˚a fyra skruvar. Primozones adapter sp¨anns ihop tillsammans med konstruktionen f¨or att minska antalet skruvar. F¨or att kunna genomf¨ora denna konstruktionen med de givna m˚alspecifikationerna m˚aste ett samarbete uppr¨attas med en ventiltillverkare f¨or best¨allning av en modifierad standardventil som klarar ¨

onskem˚alen.

Figur 7

4 Resultat

Figur 8

Insp¨anning av ventil konstruktionsf¨orslag 1 och 3. Adaptrar skruvas p˚a ventilens g¨angor f¨or att de ska kunna

t¨atas. Adaptrarna har O-ringar som t¨atar mot profilen och hela konstruktionen h˚alls ihop med ett skruvf¨orband.

Konstruktionsf¨orslag 2

Konstruktionen best˚ar av en tv˚adelad profil. I denna konstruktion beh¨ovs inte grund-profilen bearbetas f¨orutom h˚al f¨or adaptrarna, g¨angor och h˚al f¨or skruvf¨orbandet. De tv˚a profilerna separeras med en solid v¨agg. Fl¨odet dirigeras genom tv˚a adapt-rar som sp¨anns p˚a profilen med ett skruvf¨orband. Samma specifikationer f¨or denna konstruktionen r˚ader som i konstruktionsf¨orslag 1.

Figur 9

Konstruktionsf¨orslag 2, en tv˚adelad profil d¨ar fl¨odes styrs genom ventilen med tv˚a adaptrar t¨atade med o-ringar

och sp¨anns ihop med ett skruvf¨orband

Konstruktionsf¨orslag 3

Konstruktionen har en insp¨anning som konstruktionsf¨orslag 1 men anv¨ander sig av en kulventil i kombination med en backventil enligt figur 10. Kulventiler klarar av de givna m˚alspecifikationerna men st¨angningstiden ¨ar mellan 5-15 sekunder vilket ¨ar f¨or l˚angsamt, motsvarande kan en k¨agelventil uppn˚a st¨angningstider under en sekund.

ska hinna st¨angas. Om vatten transporteras genom system kommer backventilen re-ducera fl¨odeshastigheten till ett mindre l¨ackage och till˚ater kulventilen att st¨angas i tid. Vid denna kombination av back- och kulventil kan stora fl¨odesm¨angder till˚atas. En fl¨odesm¨angd upp till cirka 4000 l/min f¨or det till˚atna tryckfallet kan vara m¨ojligt beroende p˚a val av ventiler. Det kan medf¨ora att en av dessa skyddsventiler kan ers¨atta flera av de nuvarande skyddsventilerna i installerade system.

Figur 10

Konstruktionsf¨orslag 3,en kombination av backventil och kulventil insp¨annda i blocket med skruvf¨orband.

Kon-struktionen har kapacitet f¨or stora fl¨oden.

Konstruktionsf¨orslag 4

Konstruktionen ¨ar utformad enligt figur 11. Konstruktionen liknar f¨orslag 2 men med en kul- och backventilskombination som i f¨orslag 3.

Figur 11

Konstruktionsf¨orslag 4, en kombination av backventil och kulventil. Fl¨odet styrs genom ventilerna via adaptrar

och blocket sp¨anns ihop med skruvf¨orband. Konstruktionen har kapacitet f¨or stora fl¨oden.

Konstruktionsf¨orslag 5

Konstruktionen ¨ar utformad enligt figur 12. Konstruktionen ¨ar en optimering av Primozones nuvarande skyddsventil. F¨orslaget bygger p˚a att Primozone forts¨atter att anv¨anda den specialtillverkade ventil med ventilhus som finns p˚a den nuvarande

4 Resultat

skyddsventilen och konstruktionen anpassas d¨arefter. Profilen best˚ar av tv˚a profil-delar och separeras med en v¨agg. Sp˚ar i profilerna dirigerar fl¨odet genom ventilen.

Figur 12

Konstruktionsf¨orslag 5, Primozones nuvarande ventil anv¨ands. Profilen best˚ar av tv˚a delar och separeras med en

v¨agg.

4.2

Slutliga konstruktionsval

Tillsammans med Primozone v¨aljs konstruktionsf¨orslag 3 och 5 att g˚a vidare med. Kombinationen av dessa l¨osningf¨orslag ger m¨ojlighet att justera appliceringen efter prestandakrav och kostnad. B˚ada konstruktionerna m˚aste kunna monteras exklusive Primozones adaptrar d˚a dessa ska monteras i efterhand i produktionen. Konstruk-tion 3 ¨ar en optimering av den nuvarande skyddsventilen. Den kommer ha samma prestanda g¨allande fl¨odesm¨angd och tryckfall med optimering inom fr¨amst tillverk-ning. Konstruktion 5 ¨ar ett alternativ till de st¨orre systemen d¨ar den har kapacitet att ers¨atta ett flertal av de nuvarande ventilerna. I samr˚ad med Primozone ¨andras konstruktionen enligt figur 13. Primozone vill att sensorn ska sitta innan backven-tilen s˚a att sensorn alltid ger utslag om vatten har varit n¨arvarande.

4.3

Konstruktion

Samtliga O-ringar f¨or konstruktionerna har samma dimensioner som Primozones nuvarande skyddsventiler f¨or att minska ink¨op av antalet unika komponenter och de ¨ar redan r¨att dimensionerade och bepr¨ovade. F¨or att f˚a en logisk struktur p˚a konstruktionsprocessen delas den upp i 6 delar:

1. Obearbetad profil: Den profil som anv¨ands till grund f¨or skyddsventilen. 2. Ventil: val av ventil

3. Sensor och hylsa: Val av sensorn och dess hylsa

4. Elektronik: Val och sammankoppling av styrelektronik 5. Bearbetning av profil

6. Inkapsling: Inkapslingen f¨or elektroniken

Konstruktion 5, k¨agelventil Konstrutionen av skyddsventilerna delas upp i sex steg, obearbetad profil, ventil, sensor och hylsa, elektronik, bearbetad profil och inkapsling.

Obearbetad profil

Primozone anv¨ander under konstruktion av generatorn en extruderad aluminium-profil. Profilen har redan r¨att dimensioner f¨or systemet och ¨ar f¨ordelaktig som grund-profil till skyddsventilen. Profilen har ett rektangul¨art tv¨arsnitt med ett centrerat h˚al p˚a 28 mm. Ett fokus p˚a kompatibilitet med denna profil har varit aktuellt d˚a det underl¨attar produktionsupptakt. Vid djupare analys visas att de dimensioner som profilen har inte tillr¨ackligt med utrymme f¨or bland annat utrymme f¨or skruvar som m˚aste finnas med. En ny extruderad profil konstrueras enligt figur 14.

Figur 14

4 Resultat

Ventil

Ventilen som anv¨ands ¨ar den ventil som Primozone anv¨ander i sin nuvarande version av skyddsventilen, se figur 15 [32]. Ventilen ¨ar en av Norgrens standardventiler med ett specialtillverkat ventilhus d¨ar b˚ade in och utg˚ang av fl¨odet genom ventilen ¨ar placerade p˚a undersidan [33].

Figur 15

IMI Buschjost specialtillverkad ventil. Anv¨ands i Primozones nuvarande system.

Sensor och hylsa

Hylsan och sensorn f¨orblir lik den tidigare versionen av skyddsventilen. Den nu-varande konstruktionen best˚ar av en g¨angad hylsa i PTFE som skruvas in i den bearbetade profilen. T¨atningen sker genom deformationen av en utbuktning under hylsans skruvhuvud mot profilen. Sensorn f¨asts i hylsan med g¨angor. En redigerad version av hylsan kommer att anv¨andas f¨or den nya skyddsventilen. Redigeringen innefattar ¨andringar som g¨or den kompatibel med den nya profilen. Den nuvarande sensorn ¨ar en CM18 PTFE sensor tillverkad av SICK sensor Intelligence [34]. F¨or den nya skyddsventilen anv¨ands en liknande sensor i serien CM18 sensorer som ¨ar tillverkad av samma f¨oretag, se figur 16 [35]. Denna sensorn ¨ar i stora drag densam-ma som CM18 PTFE men tillverkad i PTB(med 30% glasfiberf¨orst¨arkning) ist¨allet. Eftersom hylsan ¨ar i PTFE ¨ar en sensor i PTFE ¨overfl¨odigt.

Figur 16

Elektronik

P˚a grund av tillg¨angligheten av komponenter f¨or standard DIN-skenor och Primozo-nes erfarenhet med kretsens p˚alitlighet i f¨alt s˚a baseras den nya kretsen p˚a den tidi-gare versionen av skyddsventilen. Kretsen best˚ar av en DIN-skena med fyra stycken fyr-poliga kopplingsblock, tv˚a rel¨aer och tv˚a stoppblock monterade. Elektronikbloc-ket illustreras i figur 17

Figur 17

Elektronik till skyddsventil, DIN-skenor och kopplingsblock.

Bearbetad profil

Den bearbetade profilen best˚ar av tv˚a delar enligt figur. En av delarna best˚ar av den obearbetade profilen. P˚a grund av anpassning till den nuvarande ventilen sker en ¨andring i den t¨ankta konstruktionen. I det det originella konstruktionsf¨orslaget placeras ventilen ¨over en v¨agg enligt figur 12. Vid analys av ventilen finns inte material nog f¨or att placering av O-ring p˚a vardera sida om v¨aggen, O-ringarna m˚aste placeras i en solid yta. Konstruktionen ¨andras enligt figur 18. V¨aggen och ena profilbiten ers¨atts med en bearbetad solid d¨ar ventilen f¨asts. P˚a sidan av profilen graveras in ”gas flow” med en pil samt ytterligare en text ”Mount Vertical” med tillh¨orande pil f¨or att tydligt visa vilket h˚all den ska monteras p˚a. Den ¨okade bredden p˚a profilen ger utrymme ¨aven utrymme f¨or bak˚atkompatibilitet vid inf¨astningen p˚a v¨aggen. Om en skyddsventil m˚aste bytas ut kan det ske genom samma skruvh˚al.

Figur 18

4 Resultat

Inkapsling

F¨or inkapslingen konstrueras ett chassi som ska skydda elektroniken enligt figur 19. Inkapslingen f¨orv¨antas uppfylla en IP-klassning p˚a minst IP65. K˚apan ¨ar estetiskt tilltalande och ¨ar enkel att montera av och p˚a med ett skruvf¨orband p˚a sex skru-var placerade horisontellt om skyddsventilen ¨ar f¨ast p˚a en v¨agg. F¨or att minska den profilyta som kr¨avs g¨ors f¨ors¨ankningar i k˚apan f¨or skruvf¨orbandet. F¨ors¨ankningarna bidrar ¨aven till en mer robust konstruktion. K˚apan har tv˚a stycken 24V-DC ut-tag, ena f¨or att kunna seriekopplas med en annan ventil i systemet och den andra g˚ar till generatorn. En gummilist t¨atar mellan k˚apan och profilen. Val av material f¨or gummilisten g¨ors av Primozone d˚a tillverkningsmetoden f¨or komponenten inte ¨

ar best¨amd. Primozones logga och skyddsventilens specifikationer m˚alas direkt p˚a chassit av Primozone.

Figur 19

Inkapsling till skyddsventil med krav p˚a IP65-klassning och tv˚a 24V-DC uttag.

Konstruktion 3, kulventil med backventil

Konstruktionen ¨ar uppdelad i sex steg som i konstruktion 5. Obearbetad profil

Den obearbetade profilen ¨ar samma som i konstruktion 3 f¨or att minska antalet unika tillverkningsprocesser.

Ventiler

Konstruktionen bygger p˚a ett samarbete mellan en kulventil och en backventil som visas i figur 20 [36, 37]. Kulventilen kr¨aver normalt manuell st¨angning och ¨oppning. St¨alldonet i figur 21 anv¨ands f¨or att g¨ora kulventilen till en mekatronisk passiv ventil [38]. St¨alldonet har en kondensator som lagrar energi, om ett str¨omavbrott skulle ske st¨anger st¨alldonet kulventilen utan str¨omtillf¨orsel.

(a) Backventil (b) Kulventil Figur 20

Back- och kulventil som anv¨ands i konstruktionsf¨orslag 3.

Figur 21

St¨alldon till kulventil som anv¨ands i konstruktionsf¨orslag 3 f¨or att kunna kontrollera kulventilen.

(a) Cirkul¨ar adapter. (b) Kvadratisk adapter.

Figur 22

Adaptrar till konstruktion kulventil med backventil som anv¨ands i konstruktionsf¨orslag 3. De anv¨ands f¨or att t¨ata

4 Resultat

Sensor och hylsa

Sensor och hylsa ¨ar samma som i konstruktion 3.

Elektronik

D˚a ventilen styrs p˚a samma vis s˚a f˚ar elektroniken samma utformning som i kon-struktion 3.

Bearbetad profil

Den bearbetade profilen best˚ar av tre delar enligt figur 23. Mittdelen kr¨aver bearbet-ning med urfr¨asning f¨or placering av ventilerna, f¨asten f¨or sensor och elektroniken. Tv˚a yttre profilbitar h˚aller ventilerna p˚a plats. Den v¨anstra profilbiten ska ¨aven h˚alla sensorn. bearbetning kr¨avs f¨or f¨astning av sensor, f¨aste f¨or Primozones adaptrar och v¨aggmontering. Samma gravering som i konstruktion 3 sker p˚a denna konstruktion f¨or att underl¨atta montering.

Figur 23

Konstruktion 5, bearbetad profil, snittvy. Profilen best˚ar av tre delar som s¨atts ihop med skruvf¨orband.

Inkapsling

Konstruktionen har dimensionerats s˚a att den ¨ar kompatibel med k˚apan som anv¨ands i konstruktion 3. Det f¨or att minska antalet unika komponenter vilket underl¨attar ink¨op och tillverkning.

Skyddsventilen med k¨agelventil

Skyddsventilen har samma prestanda g¨allande fl¨odesm¨angd och tryckfall d˚a den ¨ar konstruerad med samma ventil. Optimering av inkapsling, estetik, servicev¨anlighet, tillverkning och pris har genomarbetats. Fullst¨andig produkt presenteras enligt figur 24. Den bearbetade originalprofilen v¨ager 5100 gram. Den nya profilen v¨ager sam-manlagt 4000 gram vilket motsvarar en viktminskning med 22%. Den nya skyddsven-tilen ¨ar grundad p˚a en design som g˚ar att extrudera kontra den nuvarande versionen d¨ar en l˚angborrning sker genom en solid profil. Sensorn byts ut till en billigare ver-sion av samma sensor med samma prestanda med ett annat material, sensorn ¨ar monterad utanf¨or fl¨odet och beh¨over s˚aledes inte vara ozonkompatibel. Skyddsven-tilen har bak˚atkompabilitet med Primozones adaptrar som f¨asts p˚a skyddsventilens ¨

andar. Skyddsventilen ¨ar konstruerad med samma dimensioner f¨or v¨aggmontering som den tidigare versionen, det f¨or att underl¨atta utbyten av skyddsventiler fr˚an

Figur 24

4 Resultat

Skyddsventilen med kulventil och backventil

Denna skyddsventil ¨ar ett alternativ f¨or de st¨orre systemen Primozone bygger, se figur 25. Denna versionen f¨orv¨antas vara dyrare att tillverka ¨an skyddsventilen med k¨agelventil men har en fl¨odeskapacitet p˚a cirka 1400 l/min och kan d¨armed ers¨atta 4 st av k¨agelventilerna. Profilen ¨ar konstruerad s˚a att det m¨ojligg¨or f¨or extrudering. De tre profilbitarna v¨ager tillsammans 3700 gram vilket medf¨or en vikt- och mate-rialminskning p˚a 27% j¨amf¨ort med profilen f¨or den nuvarande skyddsventilen. Om skyddsventilen anv¨ands till sin fulla kapacitet och ers¨atter 4 st av k¨agelventilerna ger det en total vikt- och materialminskning p˚a 83% f¨or profilerna. Konstruktionen bygger p˚a att en backventil hindrar fl¨odet tillr¨ackligt f¨or att kulventilen ska hin-na slutas vid n¨arvarande av vatten kring sensorn. D˚a st¨alldonet har en stor volym relativt de andra komponenterna s˚a placeras den utanf¨or inkapslingen. Donet har en IP-klassning 65 och ¨ar d¨armed godk¨and f¨or placering utanf¨or k˚apan. Det finns ¨

aven en funktion p˚a st¨alldonet d¨ar kulventilen kan ¨oppnas och st¨angas manuellt via en nyckel, placeringen m¨ojligg¨or enkel ˚atkomst till denna funktion om det skulle beh¨ovas. F¨or ritningsunderlag, se bilaga A.

Figur 25

4.4

Slutlig produktspecifikation

Vidare analys av Primozone kr¨avs f¨or att unders¨oka ett fast v¨arde p˚a tillverknings-kostnaden. Konstruktionerna ¨ar designad f¨or att underl¨atta certifiering inom CE, UL och en IP-klassning p˚a minst 65.

Skyddsventil med k¨agelventil

Slutlig produktspecifikation enligt tabell 16. Med den nya konstruktionen f¨orv¨antas tillverkningskostnaden bli 0-40% l¨agre ¨an Primozones nuvarande skyddsventil.

Tabell 16

Slutlig produktspecifikation, skyddsventil med k¨agelventil.

Egenskapsnr M¨atbar egenskap Enhet V¨arde

1 Kan stoppa vattenfl¨ode Bin¨art Ja

2 Endast ¨oppen vid korrekta signaler Bin¨art Ja

3 Tillverkningskostnad SEK N/A

4 Serviceintervall M˚anader 12

5 Tryckt˚alighet Bar 6

6 Gasfl¨ode m3/h 21

7 Tryckfall Bar 0.25

8 Ozonkompabilitet Bin¨art Ja

9 F¨olja CE krav Bin¨art N/A

10 F¨olja UL krav Bin¨art N/A

11 ˚Atkomst till elektroniken Tid, minuter 2

12 Elektrisk bak˚atkompabilitet Bin¨art Ja

13 Mekaniskt kompabilitet Bin¨art Ja

14 Kapslingsklassning Lista N/A

15 Vattendetektion Bin¨art Ja

16 Enhetlig estetik Subj 5

17 Vikt Kg 3.6

4 Resultat

Skyddsventil med kulventil och backventil

Slutlig produktspecifikation enligt tabell 17. Tillverkningskostnaden f¨orv¨antas vara 0-50% h¨ogre ¨an Primozones nuvarande skyddsventil.

Tabell 17

Slutlig produktspecifikation, skyddsventil med kulventil och backventil.

Egenskapsnr M¨atbar egenskap Enhet V¨arde

1 Kan stoppa vattenfl¨ode Bin¨art Ja

2 Endast ¨oppen vid korrekta signaler Bin¨art Ja

3 Tillverkningskostnad SEK N/A

4 Serviceintervall M˚anader 12

5 Tryckt˚alighet Bar 6

6 Gasfl¨ode m3/h 253.5

7 Tryckfall Bar 0.2

8 Ozonkompabilitet Bin¨art Ja

9 F¨olja CE krav Bin¨art N/A

10 F¨olja UL krav Bin¨art N/A

11 ˚Atkomst till elektroniken Tid, minuter 2

12 Elektrisk bak˚atkompabilitet Bin¨art Ja

13 Mekaniskt kompabilitet Bin¨art Ja

14 Kapslingsklassning Lista N/A

15 Vattendetektion Bin¨art Ja

16 Enhetlig estetik Subj 3

17 Vikt Kg 9.2

18 Volym m3 _0.0055

4.5

Ber¨

akningar

F¨or att s¨akerst¨alla att enheten fungerar korrekt s˚a identifieras tv˚a viktiga ber¨akningar. Den f¨orsta ¨ar tryckfallet ¨over enheten vid en normal fl¨odesm¨angd. Den andra ¨ar skruvf¨orbandets h˚allfasthet vid maximalt tryck.

4.5.1 Tryckfall

F¨or att kunna s¨akerst¨alla att tryckfallet ¨over enheten h˚alls under det maximala v¨ardet s˚a m˚aste det totala tryckfallet ∆Ptotal r¨aknas ut. Det totala tryckfallet blir

∆Ptotal = ∆Pf lodeshal+ ∆Pventil (1)

d¨ar ∆Pf lodeshal¨ar tryckfallet ¨over h˚alen i profilen och ∆Pventil ¨ar tryckfallet ¨over

ven-tilen. Tryckfallet f¨or fl¨odesh˚alet kan d˚a r¨aknas ut med en omskriven Darcy–Weisbach ekvation [30] som ∆Pf lodeshal= L · fD · ρ 2· v2 D (2)

di-R¨or

Reynoldstalet f¨or syrgas vid rumstemperatur, med en hastighet p˚a 31 m/s, en ka-rakt¨aristisk l¨angd p˚a 0.3 m och en dynamisk viskositet p˚a 1.5 · 105_{m/s blir 620 000.}

F¨or approximationen av aluminiumprofilens fl¨odesh˚al v¨aljs ett draget aluminiumr¨or vilket har den relativa friktionsfaktorn 0.015 [39] . Utl¨asning ur ett moody diagram ger d¨arf¨or ett friktionstal p˚a ca 0.043 [39]. Insatt i Darcy Weisbach ekvationen ger detta ett tryckfall p˚a ca 200 Pa. Detta visar att f¨or denna konstruktionen begr¨ansas fl¨odesm¨angden i princip endast av ventilerna.

D˚a P1 (trycket f¨ore ventilen) ¨ar mindre ¨an dubbelt s˚a stort som P2 (trycket efter

ventilen) s˚a anv¨ands ekvationen: Kv = VG 519 r ρT1 ∆PventilP2 (3) f¨or att r¨akna ut tryckfallet fr˚an ett givet Kv v¨arde f¨or en ventil med gasfl¨ode [31].

VG st˚ar f¨or fl¨odesm¨angden och T1 f¨or fluidens temperatur.

Back och Kulventil

D˚a backventilen har ca 6 g˚anger l¨agre fl¨odeskoefficient ¨an kulventilen s˚a blir kul-ventilens bidrag till tryckfallet f¨orsumbart. Backventilens fl¨odeskoefficient blir d¨arf¨or dimensionerande f¨or fl¨odesm¨angd per tryckfall. Vid en fl¨odeskoefficient p˚a 3.35 m3_/h

och med ett tryckfall p˚a 0.2 bar blir d˚a den maximala fl¨odesm¨angden genom enheten ca 1200 l/min.

K¨agelventil

Ventilmodulens fl¨odesmotst˚and begr¨ansas d˚a av k¨agelventilens fl¨odeskoefficient p˚a 0.82 m3_{/h, vid 0.2 bar tryckfall blir d˚a den maximala fl¨odesm¨angden ca 300 l/min.}

De kombinerade ekvationerna ger d¨arf¨or det totala tryckfallet ¨over enheten som:

∆Pventil = ρT1 (Kv519 VG ) 2_P 2 (4) 4.5.2 Skruvf¨orband

F¨or att enheten ska h˚alla ihop m˚aste den axiella kraften Ftotal som genereras av

tryc-ket mot profilen n¨ar ventilen ¨ar st¨angd vara mindre ¨an skruvf¨orbandets kl¨amkraft FP allts˚a:

Ftotal > FP (5)

Den totala kl¨amkraften i skruvf¨orbandet blir d˚a

Ftotal = Fskruv· Antal, skruvar (6)

d¨ar Fskruv st˚ar f¨or kl¨amkraften i en skruv. Fskruv h¨amtas fr˚an tabellv¨arden f¨or de

5 Diskussion

Den axiella kraften

FP = A · Pmax (7)

skapas av den projicerade ytan A fr˚an fl¨odesh˚alet mot ventilen multiplicerat med det maximala fluidtrycket Pmax.

Med ett fl¨odesgenomlopp p˚a 28 mm i diameter och ett fl¨odestryck p˚a 6 bar blir kraften fr˚an fluiden ca 370 N p˚a inf¨astningarna n¨ar ventilen ¨ar st¨angd f¨or b˚ada konstruktionerna.

4.6

DFMA

F¨or att underl¨atta tillverkningen har skyddsventilerna baserats p˚a en extruderad profil enligt ¨onskem˚al fr˚an Primozone, det f¨or att endast beh¨ova tillverka ett extru-deringsverktyg. Samma O-ringar som i Primozones nuvarande skyddsventil anv¨ands f¨or att Primozone ska kunna forts¨atta med redan uppr¨attande leverant¨orer. Skydds-ventilerna har konstruerats s˚a att de ¨ar kompatibla med samma k˚apa, profil, skruvar, sensorer och elektronik f¨or att minska antalet unika komponenter. Tillverkningsop-timering f¨or fr¨asningsmetoder har legat till grund i konstruktionen innefattande l¨ampliga radier, reducerat antal bearbetningsytor och verktygsbyten.

5

Diskussion

Konstruktionsf¨orslagen beh¨ovde redigeras om en del allt eftersom mer information gjordes tillg¨anglig och vid unders¨okning p˚a de komponenter som g˚ar att k¨opa in till ett rimligt pris. D˚a materialvalet ¨ar begr¨ansat till rostfritt st˚al, aluminium och PTFE medf¨ordes stora begr¨ansningar inom vilka ventiler som ¨ar ozonkompatibla i den ozonkoncentration som Primozone tillverkar med den ¨onskv¨arda prestandan. Med den ¨onskade fl¨odesm¨angden finns det inte m˚anga aktiva ventiler med soleno-ider. Det f¨orv¨antas vara m¨ojligt att n˚a den ¨onskade prestandan med denna typen av konstruktion dock m˚aste troligtvis ett samarbete uppr¨attas f¨or att kunna spe-cialbest¨alla ventilhuset som i den resulterande konstruktionen. Med vidare arbete kan troligen en b¨attre presterande ventil ink¨opas. D˚a redan ett samarbete sker mel-lan Primozone och IMI Norgren kan den nya konstruktionen f¨or skyddsventil med k¨agelventil relativt snabbt tas i produktion med dess f¨ordelar.

Arbetet resulterade i att en andra konstruktion med en backventil och kulventil togs fram. F¨ordelen med konstruktionen ¨ar att b˚ada ventilerna finns som standard-ventiler och beh¨ovs inte specialbest¨allas. Konstruktionen klarar en betydligt st¨orre fl¨odesm¨angd ¨an vad kravspecifikationerna st¨allde. Konstruktionens specifikationer hade varit ¨overdimensionerade i de mindre ozon-systemen. I samr˚ad med Primozo-ne best¨amdes d¨armed att b˚ada konstruktionerna var intressanta att g˚a vidare med. Konstruktionen med en k¨agelventil f¨or de mindre systemet och konstruktionen med backventil tillsammans med kulventil f¨or de st¨orre systemen. I de fallen konstruk-tionen med back- och kulventil anv¨ands under sin maximala kapacitet, till exempel vid 50% av maxfl¨odet blir tryckfallet v¨aldigt l˚agt vilket medf¨or bibeh˚allen