Utveckling av termos
En studie som ligger till grund för utveckling av 3TEMP Hipster termos
Development of thermos
A study that underlies the development of a 3TEMP Hipster thermos
Christian Thirslund
Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap Examensarbete för kandidatexamen i maskinteknik
15 hp
Handledare: Abdulbaset Mussa
Examinator: Jens Bergström
2020-07-27
1
Sammanfattning
Rapporten innefattar en förstudie som ligger till grund för en utveckling av en 3TEMP Hipster termos.
Rapporten inkluderar framtagandet av ett nytt koncept med lämpliga material som stöds med
beräkningar. Hela processen från kravspecifikation till ett färdigt koncept av termos är i detalj
beskrivet.
Termosens kvalitet i form av användarvänlighet och design har legat under viljad nivå och önskas
förbättras. Central del av projektet innefattas av att undersöka en spiraltank bestående av spirallindat
rör som alternativ.
Förstudien visade på att genom att ersätta den traditionella cylindriska tanken med spiralformat rör
istället medförs en ökad massa och högre värmeförlust vid påfyllning. Dock ger den ökade och
förbättrade isoleringstjockleken en bättre isolerande effekt än befintlig termos som gynnar termosen
under användning. Termosen innehar en design som symboliserar kvalitet och exklusivitet. Tankens
elektropolerade austenitiska rostfria stål SS-2333 är av dimension 25.4 x 1.65 mm för att rullbockas för
att skapa tanksystemet vilket materialet bidrar termosen med ökad kvalitet.
Studien resulterade också i alternativa material som fenolskum och austenitiskt rostfritt stål AISI 205
för att öka termosens kvalitet. Även Tomlinson tappkran nyttjades för att öka användarvänligheten.
Lösningsalternativet presenteras även som en geometrimodellering i CAD och utformad för att möta
3TEMP’s önskemål.
Nyckelord: Spiraltank, Massa, Värmeförlust, Isoleringstjocklek, Elektropolerad, Dimension, Material,
Tappkran.
Abstract
The report includes a study that underlies a development of a 3TEMP Hipster thermos. The report
includes development of a new concept with suitable material that is supported by calculations. The
entire process from requirement specification to a completed concept of the thermos is in detail
described.
The quality of the thermos in terms of usability and design has been beneath required level and is
wished to be improved. A central part of the project includes a study of a spiral shaped tank consisting
of spiral wound pipes as a alternative.
The study showed by replacing the traditional cylindrical tank with a spiral shaped pipe instead resulted
in an increased mass, higher heat loss while filling. However, the improved and increased isolation
thickness results in a improved insulation effect than existing thermos that favor it while being used.
The thermos contains a design that symbolise quality and exclusivity. The electropolished austenitic
stainless steel SS-2333 is by the dimension 25.4 x 1.65 mm in order to allow roll bending as
manufacturing method to create the tank system where the material also improved the quality of the
thermos.
The study also resulted in alternative material to apply for the thermos such as phenolic foam and
austenitic stainless steel AISI 205 in order to increase the quality of the thermos. Also, Tomlinson tap is
utilized to increase the usability for the customers. The solution of alternative is also presented as a
geometry modelling in CAD and was shaped to meet 3TEMP’s requirements.
Keywords: Spiral Tank, Mass, Heat Loss, Insulation Thickness, Electropolished, Dimension, Material,
Tap.
Innehållsförteckning
1 Inledning 1
1.1 Bakgrund 1
1.2 Problemformulering 1
1.3 Syfte 1
1.4 Målsättning 2
1.5 Avgränsningar 2
2 Teori 3
2.1 Kaffe 3
2.2 Isolering 3
2.3 Elektropolering 6
3 Metod 7
3.1 Projektplanering 7
3.2 Nulägesanalys 7
3.3 Produktspecifikation 7
3.4 Konceptgenerering 8
3.5 Konceptvalidering 8
4 Resultat 9
4.1 Projektplanering 9
4.2 Nulägesanalys 9
4.3 Produktspecifikaion 11
4.4 Konceptgenerering 12
4.5 Konceptvalidering 14
4.6 Vidareutveckling 16
4.6.1 Tank och isolering 17
4.6.2 Kropp 22
4.6.3 Tappkran 23
4.6.4 Underplatta 24
4.6.5 Spillbricka 25
4.6.6 Handtag 27
4.6.7 Lock 27
4.6.8 Stativ 28
5 Diskussion 30
5.1 Metodik 30
5.2 Reflektion över resultat 30
5.3 Framtida arbete 33
6 Slutsats 35
Tillkännagivande 36
Referenslista 37
Bilagor
Bilaga 1
Bilaga 2
Nomenklatur
Beteckning Storhet Enhet
Q Värmeenergi [J]
Q´ Värmeenergi per tidsenhet [J s-1]
t Tid [s]
r Radie [m]
z Höjd [m]
L Längd [m]
d Tjocklek [m]
As
Area [m2]
V Volym [m3]
T Temperatur [K]
m Massa [kg]
E Energi [J]
Cp
Specifik värmekapacitet [J kg-1 K-1
]
h Värmeledningskoefficient [J m-2 K-1
]
K Värmeledningsförmåga [J m-1 K-1
]
R Termisk resistans [K J-1 s]
U Värmemotstånd [J s-1 m-2
K-1]
n Varv [0]
1 Inledning
Projektet utförs i kursen Examensarbete för kandidatexamen i Maskinteknik, MTGC11 vid
fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap på Karlstad Universitet. Projektet omfattas
av 15 Hp och löper under vårterminen år 2020. Projektet utförs i samverkan med företaget
3TEMP.
1.1 Bakgrund
3TEMP är ett företag lokaliserad i Arvika, Sverige. Företaget etablerades år 2013 och efter
några år köptes upp av Plae2Tech. Företaget Plae2Tech bedriver idag verksamheten framåt
med en marknadsvision att utveckla, tillverka och marknadsföra kaffemaskiner av hög
kvalitet till den professionella kaffemarknaden. Företaget innehar många års erfarenhet med
en affärsidé att besitta stor respekt för själva kaffet och tillhörande kaffeprocess. Visionen har
bidragit till ett kundsegment som utgörs av kunder från alla världens hörn [1].
Företaget har genom tiderna utvecklat ett flertal kaffemaskiner vilket en serie kallat Hipster
legat i fokus. Hipster är en serie av kaffemaskiner som signalerar kvalitet och exklusivitet.
3TEMP presterar med kontinuerliga förbättringar och ska nuvarande utveckla en ny version
av kaffetermos tillhörande Hipster med inriktning att överträffa marknadens behov [1].
1.2 Problemformulering
Problemformulering som formar skäl till projektet är att termosens kvalitet och
användarvänligheten har under länge tid legat under önskad nivå. Den centrala utmaningen i
projektet är att utforska ett spiraltanks alternativ gjord av spirallindat rör istället för den
traditionella cylindriska tanken. Det finns förbättringsområden att göra termosen mer
användarvänlig genom att forma konstruktionen sådan att kunden lättare kan använda och
serva termosen.
1.3 Syfte
Syfte med projektet är att göra en förstudie som ska ligga till grund för en utveckling av en
3TEMP Hipster termos. Att ta fram ett nytt koncept med lämpliga material som stöds med
beräkningar för att uppnå en användarvänlig och entydig design.
1
1.4 Målsättning
Målet med projektet är att undersöka spiraltanks alternativ med material från Calamo för att
utveckla en ny Hipster termos för 3TEMP. Förbättringsområden över användarvänligheten
är också en del av studien.
1.5 Avgränsningar
Projektet kommer att avgränsas till att göra studier om förbättringsområden. Ett koncept ska
presenteras som underlag för företaget att nyttja som lösningsalternativ. Konceptet behöver
inte nödvändigtvis vara komplett med en exakt konstruktion utan fokus ligger på studier som
3TEMP kan nyttja för att vidareutveckla Hipster termosen.
2
2 Teori
I detta kapitel beskrivs bakomliggande teori som nyttjas under projektets gång.
2.1 Kaffe
Smaken på kaffet påverkas av ett flertal olika parametrar. För att säkerställa kvaliteten på
kaffet behövs bland annat rätt temperatur. Vattnets temperatur ska vara inom ett intervall
mellan 92 - 96 grader Celsius när vattnet träffar kaffebädden innan det rinner igenom filtret
och ned i termosen. Om vattnet är varmare än tillåtet intervall vid kontakt av kaffebädd blir
smaken på kaffet bittert och understiger vattnet gränsen blir smaken för söt. Av den
anledningen får inte kaffets temperatur understiga en temperatur på 92 grader Celsius när
kaffet rinner ned i termosen. Dock tillåts temperaturen sjunka till individuell smak vid dryck
eftersom smakämnena frigjorts. Bryggprocessen blir avgörande för kaffets kvalitet, där
kaffekornens malningsgrad och dosering är viktiga aspekter att ta hänsyn till. Eftersom små
kaffekorn inte tillåter vattnet att flöda igenom med rätt hastighet och stora kaffekorn låter
vattnet forsa förbi kaffefiltret vilket gör det viktigt att hitta en balans [2].
Företaget 3TEMP har tillsammans med Löfbergs utvecklat en CPA (Coffee Particle Analyser)
enhet som används för att kontrollera malningsgrad genom att mäta kaffekornens kontaktyta
i relation till kaffekornens storlek. Enheten tillåter användaren att analysera om malningen
av kaffekornen sker optimalt eller om justeringar behöver implementeras för att erhålla en
hög kvalitet av kaffe [3].
2.2 Isolering
Termodynamik handlar om läran om energi och arbete, samt tillhörande
tillståndsförändringar som förknippas med energiutbyte. För att förstå den isolerande
effekten blir det viktigt att studera kopplingen mellan egenskaper som temperatur, volym och
olika medium i ett system. Termodynamiken sammanfattas av fyra empiriska huvudsatser
vilka beskriver energins olika tillstånds integration [4].
3
Termodynamikens fyra huvudsatser enligt [4]:
0. Nollte huvudsats, vid termisk jämvikt har allt samma temperatur.
1. Första huvudsats (energiprincipen), energi kan varken skapas eller förstöras utan kan
enbart ändra form.
2. Andra huvudsats, den totala entropin ökar vilket betyder att naturliga processer bara
kan ske spontant i en riktning.
3. Tredje huvudsats, entropin för en ren kristallin substans är noll vid absoluta
nollpunkten.
Energi kan överföras till eller från en kropp genom två mekanismer, värmeöverföring Q och
arbete W. Drivkraften till värmeöverföring är en temperaturskillnad där systemet strävar
efter att uppnå jämvikt, medan arbetet syftar på tillförd energi. Den mängd värme överförd
under en process beskrivs som Q och mängd värme överförd under en viss tidsenhet beskrivs
som Q’. Givet att variationen av värmeenergin är känt och givet fall med konstant värmeflöde
Q’ = konstant (stationärt tillstånd) råder följande uttryck nedan [4].
dt ΔtQ = ∫Δt
0Q′ = Q′ (1)
Termodynamikens första huvudsats, energin kan varken skapas eller förstöras, kan enbart
ändra form. Till följd av huvudsatsen gäller att den totala energin i ett system är differensen
mellan ingående- och utgående energi i systemet. Ett slutet system består av en fixerad massa
som den huvudsakliga energin i systemet är bestående av intern energi. För ett slutet
stationärt system vilket inget arbete utfört gäller sambandet nedan [4].
C ΔTEin − Eout = Q = m p (2)
Värmeöverföring syftar på överföring inom ett eller flera medier i följd av en
temperaturskillnad, från ett varmare till ett kallare medium för att uppnå jämvikt. Värme kan
överföras på tre olika sätt: konduktion, värmestrålning och konvektion. Konduktion är en
utjämning av temperaturgradient. Värmen leds i materialet utan att materialet själv flyttas på
och beskrivs vara samma som värmeledning. Värmestrålning är elektromagnetisk strålning
som sänds från varma ytor. Strålningen förekommer oberoende av fas och kräver inget
förknippat medium utan värmen kan även strålas genom vakuum. Konvektion är
värmeöverföring i följd av rörelse av vätska eller gas. Vid konvektion omfördelas värmen
4
mellan medium för att uppnå jämvikt. Naturlig konvektion är av den typ som rörelser inte
skapas av extern källa, utan uppstår av en termisk temperaturskillnad mellan medier.
Värmekonvektionen mellan gas och material beskrivs av Newtons lag för värmeöverföring
[4].
A (T )Q′ = U s in − T out (3)
Termisk resistivitet är en parameter som beskriver värmemotståndet i ett eller flera objekt.
Motståndet kan modelleras som en krets där värmeflödet beskriver strömningen [4],
illustreras i Figur 1.
Figur 1. Illustrerar motståndets strömning av termisk resistivitet.
Den totala termiska resistiviteten blir ett nätverk av medier. Viktiga bidrag för att erhålla en
hög resistivitet, det vill säga en isolerande effekt är väggtjocklek och materialets
värmeledningsförmåga. En god isolator önskas inneha en hög termisk resistivitet och på så
sätt blir konstruktionens form och material viktigt. Objektets mantelarea blir en bidragande
faktor då objektets ledningsytor påverkar värmeflödets väg att ta [4].
Termisk resistivitet ges av
..Rtot = R1 + R2 + . + Rn (4)
Följande samband råder
U = 1A Rs tot
(5)
R = LKAs
(6)
Rconv = 1hAs
(7)
Med hjälp av ovanstående samband ekvation 5, ekvation 6 och ekvation 7 kan ekvation 4
skrivas om till följande
..1U = 1
hin+ L1
K1+ L2
K2+ . + Ln
Kn+ 1
hout(8)
5
2.3 Elektropolering
Elektropolering är en ytbehandling vilket yttopparna avlägsnar från objektets yta. Syftet med
elektropolering är att ta bort ytskiktet. Processen för elektropolering baseras på principen av
elektrolys, det vill säga flöde av ström genom elektrolyt. Genom processen avlägsnar metall
från ytan och överför metalljoner till lösningen. Den jämna ytan leder därmed till en minskad
risk för beläggningar, samt förenklar ytfinheten bland annat rengöring för att erhålla renhet.
Metoden önskas användas för termosens tank för att erhålla ovanstående fördelar. Processen
medför ingen mekanisk påverkan på materialet och har stor frihet på objektets geometri.
Som resultat av processen erhålls en slät, ren och hög korrosionsbeständig yta eftersom slagg
partiklar undviks eller elimineras [5].
6
3 Metod
Metoden beskriver hela projektprocessen med tillhörande metoder och verktyg som nyttjades
under projektets gång.
3.1 Projektplanering
Projektplaneringen genomfördes enligt teorin om produktutveckling som beskrivs i [6].
Teorin innefattas av en plan med syftet att beskriva hur problemet ligger till grund för att
lösas. Projektplanen beskriver också hur resurserna kommer fördelas för tillhörande
aktiviteter och tidsramar för projektet.
För att översiktligt planera aktiviteter i förhållande till tiden nyttjades ett Gantt-schema.
Schemat redovisar huvud- och subaktiviteternas samverkan samtidigt som projektets
tidsutsträckning illustreras. Metoden ger upphov till en bild över projektets befinnande läge
och tidshorisont.
3.2 Nulägesanalys
En nulägesanalys är första steget av en förändringsprocess och har som syfte att ge en
förståelse av organisationens aktuella läge. Förståelsen skapar en bild av företagets behov att
uppfylla för att undersöka potentiella förbättringsområden. Analysen ger en grund till vad
som ska utvecklas för att uppnå målet [6].
3.3 Produktspecifikation
Produktspecifikationens uppgift är att skapa underlag att identifiera konceptets uppfyllnad.
Produktspecifikationen består av en samling av kriterier som ska uppfyllas för att stämma
överens med produktens ändamål. Kriterier är av alternativ krav eller önskan beroende på
viktning. Metoden är en iterativ process vilket menas att samtliga krav och önskemål har
möjlighet att korrigeras under projektets gång, eftersom kunskaper om produktens ändamål
ökar under projektets genomförande [6].
Kriteriernas innehåll är avgörande för att kunna säkerställa mätbara krav och produktens
behov. Kriterierna bildar en överenskommelse om vad som förväntas levereras.
7
Utformningen ställer även behovet att vara tillräcklig detaljrik för att användas vid val av
olika lösningar. Bakomliggande anledning är att produktspecifikationen blir ett verktyg för
att identifiera vilka lösningar som uppfyller respektive krav och önskemål [6].
3.4 Konceptgenerering
Konceptgenereringen har till syfte att ta fram ett antal konceptuella produktlösningar som
uppfyller produktspecifikationen. Processen sker med hjälp av systematiska kreativa metoder
med idén att generera lösningsförslag till behovet att uppfylla. Kriterierna i
produktspecifikationen blir utgångspunkter för utformning av lösningsalternativen [6].
Kreativa metoder som används för konceptgenerering är brainstorming/brainsketching.
Metoden har utgångspunkten att generera koncept utan att djupt bedöma framkommit
resultat. Kvalitet framför kvantitet ska inte eftersträvas för att tillåtas tänka utanför det
vanliga. Metoden erhåller ett flertal koncept som tillåts kombineras för att skapa rum för fler
idéer [6].
Som följd att brainstorming/brainsketching används kategorisering som metod. Framtagna
koncept delas in i lämpliga kategorier för att vidareutvecklas och kombineras. Metoden
analyserar respektive koncept för att ta fram för- och nackdelar [6].
3.5 Konceptvalidering
En metod för att utvärdera lösningsalternativ är att nyttja en elimineringsmatris. Koncepten
ställs i förhör mot samtliga kriterier i matrisen, om konceptet fullföljer samtliga kriterier
fullföljs konceptet vidare till nästa utvärderingsomgång. Metoden tillåter även en bedömning
om tilläggsinformation är nödvändigt för att undersöka konceptet ytterligare. Under
genomförandet av elimineringsmatrisen finns det även rum att konstruera nya goda
alternativ som är av kombination av tidigare. Som resultat från metoden erhålls koncept som
fullföljer kriterierna i matrisen och en grund till nästa steg av utvärdering [6].
Relativ beslutsmatris, metoden baseras på relativa jämförelser mellan lösningsalternativ.
Utvärderingen görs genom kriterier som formas från produktspecifikationen. En
referenslösning väljs där lösningsalternativen ställs i jämförelse, om lösningsalternativet
uppfyller kriterierna bättre, lika bra eller sämre än referenslösningen. Resultatet av
8
jämförelsen blir en summering av bedömningar och ett nettovärde fås fram. Baserat på
nettovärdet kan lösningsalternativen rangordnas och beslut tas om vidareutveckling [6].
4 Resultat
I detta kapitel kommer resultatet av samtliga projektfaser och lösningsalternativet att
presenteras och beskrivas.
4.1 Projektplanering
Projektplanen utformade en projektstruktur att följa för att minimera risken för förseningar.
Projektet fick en struktur att följa för att utföra arbetet i ordning och tid. Projektplanen
innehöll en projektmodell med projektets ingående aktiviteter. Till följd av projektmodellen
formades även ett Gantt-schema för att visualisera projektflödet.
4.2 Nulägesanalys
3TEMP hade tillsammans med Calamo i Molkom inspekterat möjligheten om ett alternativ
till normalfallet med en cylindrisk tank. Istället önskades ett cylindriskt rör i spiralform att
användas för att få ned tillverkningskostnaden för termosen. Tillhörande rören fanns även
standardkopplingar att nyttja till fördel. Calamo besatt stor erfarenhet av bland annat rostfria
rör och elektropolering. 3TEMP önskade undersöka området för att bli en potentiell
verklighet [7].
En 3TEMP termos som rymde 3.8 liter hade en tillverkningskostnad på cirka 1700 kronor
styck med en produktionsserie på 5000 stycken per år. Detta gav en riktlinje av vad som
eftersträvades.
Befintlig isoleringslösning för termosen var en vakuumdistans på 8 mm mellan kroppens
vägg och tank. Även polyuretanskum (PUR) användes på insidan för att öka den isolerande
effekten. Isoleringen var tillräcklig, dock eftersom en termos töms relativt snabbt hann inte
temperaturen på kaffet sjunka till en kritisk nivå. Eftertraktade termosar på marknaden hade
lågt pris och tillräcklig isolerande effekt, något som eftersträvades.
9
I dagsläget hade 3TEMP Hipster termosen en tappkran som var otydlig att förstå.
Användaren blev osäker om vart själva koppen skulle ställas och resulterade i att användaren
inte höll koppen under tappkranen. Felplacerad kopp ledde till att kunder kunde brännas på
det rinnande kaffe och av den anledning önskades termosen användarvänlighet förbättras [1].
Alternativet var att nyttja en enkel Tomlinson tappkran istället vilket kunden enkelt kunde
förutse vart kaffet flödade ut, se Figur 2. Tappkranen var enkel och entydig samtidigt som det
var av en standard vilket simpelt kunde bytas ut vid behov [8].
Figur 2. Illustrering av Tomlinson tappkran.
3TEMP hade ett befintligt system för att mäta vikten av hur mycket kaffe som fanns i tanken.
Vikten mättes genom att använda en våg. Vågen kunde kommunicera med extern maskin och
på så sätt visste användaren när det var dags för påfyllnad. 3TEMP hade kunskap inom
området och därav önskades utrymme för vågen utformas i termosen.
Företagets nuvarande Hipster termos hade svart plast som design. Materialet var av
ABS-plast vilket formades genom formsprutning. Formsprutningen skedde genom två halvor
och var därav beroende av tillhörande formverktyg. Förutom tillverkning, svart plast tycktes
ej fungera av anledningen att det ansågs se billigt ut. Termosen önskades symbolisera kvalitet
samt erfarenhet och därav fanns förbättringsområde av ett alternativt material att nyttja vid
termosens kropp [9].
Designen skulle även vara enkel och entydig, skulle passa in i flertal marknader. Kunder
skulle ha möjlighet att sätta logotyp på termosen och passa in i flertal miljöer. Designen blev
viktig och skulle bestå av enkla geometrier.
10
Nuvarande leveranstid på termosen var över önskad nivå. Det kunde ta flertal månader innan
termosen var redo för leverans vilket tiden behövde förkortas. Flertal av komponenterna
tillverkades i Kina vilket var en bidragande faktor till nuvarande leveranstid.
4.3 Produktspecifikaion
Resultatet av produktspecifikation finns tillgänglig i Tabell 1 som består av samtliga kriterier
med respektive förklarande beskrivning. Kriterierna delades upp i krav som måste uppfyllas
och önskemål som strävade mot att uppfyllas.
Tabell 1. Produktspecifikation
Krav
Nummer Beskrivning Kategori Vem
Begränsan
/Funktion
1 Produceras i Arvika Krav 3TEMP B
2 Innermaterial bestämt Krav 3TEMP B
3 Skalbar Krav 3TEMP F
4 Isolering Krav 3TEMP F
5 Tomlinson tappkran/Vred som kulventil Krav 3TEMP B
6 Delbar Önskan 3TEMP F
7 Bärhandtag Krav 3TEMP F
8 Brandas Krav 3TEMP F
9 Inbyggd våg Krav 3TEMP F
10 Spillbricka Krav 3TEMP F
11 Förlust på maximalt 3 grader per timme Krav 3TEMP B
12 Estetisk tilltalande design Önskan Christian F
13 Tåla rengöringsmedel Krav Christian B
14 Tåla vatten/kaffe miljön Krav Christian B
1. Företaget 3TEMP ska själva kunna producera termosen i Arvika.
2. Innermaterial elektropolerat austenitiskt rostfritt stål SS-2333 plåt/rör.
3. Olika storlekar: 2.5 liter, 3.8 liter och 5 liter. Konstruktionen ska göras skalbar.
4. Lämplig isolering för att behålla värmen i termosen.
5. Enkel Tomlinson tappkran eller vred som kulventil.
6. Delbar för att underlätta montering/demontering.
7. Bärhandtag för att smidigt kunna lyfta termosen.
11
8. Ska kunna enkelt brandas som säkerhet.
9. Plats för inbyggd våg som kan kommunicera med extern maskin.
10. Spillbricka för att enkelt rengöra.
11. Tappa max 3 grader Celsius per timme vid full tank.
12. Frihet på design som tilltalar företaget 3TEMP estetik.
13. Materialet ska tåla rengöringsmedel vid rengöring av termos.
14. Materialet ska tåla vatten/kaffe miljön utan materialpåverkan.
4.4 Konceptgenerering
Genom att använda brainstorming/brainsketching som kreativa metoder i följd med
kategorisering erhölls följande resultat som illustreras i Figur 3, Figur 4 och Figur 5.
Figur 3. Framtagen alternativlösning, koncept 1.
Figur 3 illustrerar ett koncept där termosen hade raka väggar och var cylindrisk formad.
Tanken var bestående av två spiraler, en inner- och en ytterspiral. Syftet med två spiraler var
att nyttja termosens volym samtidigt som tillverkningen av spiralerna hölls enkel.
Spillbrickan var avtagbar sidledes genom ett spår.
12
Figur 4. Framtagen alternativlösning, koncept 2.
Figur 4 illustrerar ett koncept där termosen hade inböjda väggar och var cylindrisk formad.
Tanken var bestående av en enkel spiral vilket gjorde tillverkningen enkel i relation till spiral
med flera horisontella varv. Spillbrickan var avtagbar sidledes genom ett spår.
Figur 5. Framtagen alternativlösning, koncept 3.
Figur 5 illustrerar ett koncept där termosen hade raka väggar och var cylindrisk formad.
Tanken var av en spiral vilket var bestående av två olika horisontella varv per skikt för att
nyttja tankens volym. För varje skikt i tankens vertikalled lindades röret två varv med olika
radie. På så sätt var tanken bestående av ett enda spiralrör med två öppningar totalt.
Spillbrickan var avtagbar vertikalledes genom ett spår.
13
4.5 Konceptvalidering
Alternativlösningarna utvärderades genom elimineringsmatris och relativ beslutsmatris, se
Tabell 2 och Tabell 3.
Tabell 2. Elimineringsmatris
Elimineringskriterier:
(+) Ja
(-) Nej
(?) Mer info krävs
(!) Kontroll produktspecifikation
Beslut:
(+) Ja
(-) Nej
(?) Mer info krävs
(!) Kontroll produktspecifikation
Beslut:
1 + + + + + + Ja
2 + + + + + + Ja
3 + + - + + + Nej
Tabell 2 tyder på att enbart koncept 1 och koncept 2 uppfyllde beskrivna kriterier. Till följd av
beslutet eliminerades koncept 3 av anledningen att spiralens två skikt per varv blev
kostnadskrävande att tillverka. Av den anledning gick uppfyllda koncept vidare till
nästkommande steg av utvärdering.
14
Tabell 3. Beslutsmatris
Produktspecifikations
nummer
Lösning/Koncept
1 (referens) 2
1
-
2 0
3 -
4 0
5 0
6 -
7 0
8 0
9 0
10 -
11 0
12 0
13 0
14 0
Summa + 0
Summa 0 10
Summa - 4
Nettovärde 0 −4
Rangordning 1 2
Vidareutveckling Ja Nej
Ur Tabell 3 utläses att konceptvalet blev koncept 1 som lösningsalternativ med anledningen
att konceptet uppfyllde produktspecifikationen och termosens ändamål fördelaktigast.
15
4.6 Vidareutveckling
Figur 6. Vyer av framtaget vidareutvecklat lösningsalternativ.
16
Framtaget koncept av lösningsalternativet som beslutades för vidareutveckling presenteras i
Figur 6. Lösningsalternativet är en renderad geometrimodellering av hur termosen skulle
kunna se ut. Exploderad vy av lösningsalternativet finns att se i Bilaga 2.
4.6.1 Tank och isolering
Tanken är bestående av en inner- och ytterspiral för att nyttja tankens volym samtidigt som
röret tillåts att bearbetas. För att minimera både ledningsytor och volym blev större radie av
rör till fördel medan mindre radie var fördelaktigt gällande bockning, därav blev en balans
nödvändig. Dimension av rör valdes till att vara 25.4 x 1.65 mm (ytterdiameter x tjocklek).
Dimensionen var av standardiserat mått från Calamos befintliga utbud [10]. Utifrån given
data kunde lämpliga längder för spiralröret erhållas.
r LV = π inner2
tot (9)
Utifrån ekvation 9 framtogs lämplig längd. Längden per varv antogs vara omkretsen av en
cirkel.
πrLvarv = 2 (10)
Från ekvation 9 och ekvation 10 erhölls antal nödvändiga varv för respektive spiral att uppnå
önskad volym.
nvarv = LtotLvarv
(11)
Spiralhöjden blev därav följande
nzSpiral = dytter varv (12)
Utifrån ovanstående ekvationer kunde spiralvolymens höjd och radie tas fram för respektive
volym av termos. Spiraltankens dimensioner presenteras i Tabell 4.
17
Tabell 4. Erhållna dimensioner beroende av volym
Volym 2.5 liter Volym 3.8 liter Volym 5 liter
Yttre Spiraldiameter [cm] 16 19 22
Inre Spiraldiameter [cm] 10 14 17
Höjd Spiraltank [cm] 20.3 24.3 27.1
Diameter Spiraltank [cm] 17.5 20.5 23.5
Tilläggningsvis, utifrån ekvation 9 kunde spiralens massa tas fram
Vm = ρ (13)
Ur ekvation 13 ovan beräknades massan för spiraltanken vilket presenteras i Tabell 5 nedan,
se Bilaga 1 för beräkning.
Tabell 5. Massa för respektive volym av termos
Volym 2.5 liter Volym 3.8 liter Volym 5 liter
Spiraltank massa [kg] 6.3 9.58 12.6
Huvudsakliga målet med isoleringen var att minimera värmeledningsförmågan för att erhålla
en optimal isolerande effekt. Det andra målet var att minimera kostnaden vilket var mindre
viktat. Nödvändig passiv restriktion var att materialet skulle tåla vatten. Med hjälp av
CES-Edupack som verktyg togs en grafisk lösning fram för att tolka [11].
18
Figur 7. Egenskapsdiagram till materialval för isolering på tanken.
Den grafiska lösningen med hjälp av CES-Edupack visas i Figur 7. Material längs ned till
vänster var bäst passande till materialets utsatta fall som är befinnande längs trade-off
kurvan. Materialet fenolskum (sluten cell) som var av materialgruppen härdplast hade lägst
värmeledningsförmåga av samtliga material och innehöll ett lågt pris. Materialet fenolskum
(sluten cell) valdes grundat på värmeledningsförmågans högre viktning gentemot priset.
Skum med slutna celler består av ett högt antal mikroskopiska intakta bubblor. Strukturen
med slutna celler ger gasfickor som är slutna från varandra, på så sätt erhåller skummet en
högre dimensionell stabilitet. Strukturen minimerar flödet genom kroppen som leder till att
den termiska energin isoleras, till skillnad från öppna celler där luften kan flöda genom
kroppen. Därav bidrog skum med slutna celler till en fördel vid termiskviktade material som
önskade inneha en hög isolerande effekt [12].
Det som var av intresse att studera var ytterspiralen på grund av spiralens distans från
termosens vägg. Bilaga 1 beskriver framtagandet av isoleringstjocklek med hjälp av ekvation
2, ekvation 3 och ekvation 8. Lämplig isoleringstjocklek presenteras i Tabell 6.
19
Tabell 6. Lämpliga isoleringstjocklek för respektive volym
Volym 2.5 liter Volym 3.8 liter Volym 5 liter
Isoleringstjocklek [cm] 2.21 1.93 1.88
Tanken är av materialet elektropolerat austenitiskt rostfritt stål SS-2333 i form av ett rör med
dimensionen 25.4 x 1.65 mm. Det elektropolerade materialet var från Calamo och därav
sattes som restriktion till att nyttjas.
Figur 8. Egenskapsdiagram till materialalternativ för tank.
Materialet austenitiskt rostfritt stål SS-2333 är samma som AISI 304 fast med annan
beteckning [13]. Värmeledningsförmågan önskades minimeras medan formbarhet i form av
duktiliteten för materialet önskades maximeras, CES-Edupack nyttjades som verktyg för
materialvalet. Samtliga rostfritt stålmaterial hade liknande önskvärda egenskaper där AISI
304 hade hög duktilitet och låg värmeledningsförmåga i relation till resterande material
enligt Figur 8. Av den anledning var materialet AISI 304 av god val.
Tanken är spiralformad av anledningen att underlätta tillverkningen eftersom spiralformen
enkelt kunde göras genom rullbockning. Arbetsstycket matas igenom ett antal rullar vilka
tillsammans resulterar i en plastisk deformation. Processen var en enkel och tidseffektiv
lösning för att erhålla önskad geometri [9]. Två spiraler gjordes, en inner- och en ytterspiral
för att utnyttja volymen i termosen. Tillhörande spiralerna fanns även standardiserade
20
kopplingar, förslagsvis klämhylsor vilka enkelt och kostnadseffektivt kunde nyttjas för att
koppla samman spiralerna med systemet.
Figur 9. Spiralformad tank.
Figur 9 illustrerar hur tanken kan se ut och kommer att omslutas av isoleringen. Tanken
placerades i själva kroppen av termosen. Tanken innesluts sedan av isolering med tjocklek
givna i Tabell 6 beroende på volym av tank. Isoleringen omsluter alla tankens ytor: tankens
sidor, övre- och nedre yta för att säkerställa att hela tanken behåller värmen. Isoleringen
placeras i spiraltankens inre hålrum samtidigt som den placeras mellan tanken och kroppens
väggar. Konstruktionen var utformad sådan att isoleringen snabbt och enkelt kunde fyllas vid
montering för en effektivare produktion eftersom komponenterna monterades i tur och
ordning i ned- och upp struktur.
Om termosen fylls antagen att tanken innehar rumstemperatur överförs energi från kaffet till
att värma upp tanken. Antagande att temperaturen på kaffet var 92 grader Celsius kommer
temperaturen sjunka till en temperatur på 74.6 grader Celsius efter kaffet hälls i termosen, se
Bilaga 1 för beräkning genom att nyttja ekvation 2. Enligt den enkla modellen som användes
här för värmeöverföring så var temperaturförluster oberoende av spiraltankens volym på
grund av att rörets tvärsnitt var oförändrad. Eftersom spiraltankens innehållande massa
krävde större mängd energi för att uppnå jämvikt med kaffets temperatur, blev förlusten hög
21
i relation till en optimerad cylindrisk tank med en temperaturförlust på cirka 3 grader Celsius
beroende på volym av termos.
4.6.2 Kropp
Målet för kroppen var att minimera pris och värmeledningsförmågan samtidigt som
kompressiv styvhet önskades maximeras. CES-Edupack nyttjades som verktyg för att plotta
ett egenskapsdiagram med materialegenskaper i respektive diagramaxel. Ur diagrammet
erhölls ett flertal lämpliga urval av material att välja bland.
Figur 10. Egenskapsdiagram till materialval för kroppen på tanken.
Ur Figur 10 erhölls ett lämpligt material till kroppen att vara austenitiskt rostfritt stål AISI
205. Materialet var kostnadseffektivt genom ett billigt materialpris kontra styvheten
samtidigt som värmeledningsförmågan var låg i relation till andra material. Detta av
anledningen att AISI 205 innehåller mycket mangan istället för nickel vilket gör materialet
billigare. Dock finns ej AISI 205 som en jämförbar EN/SS-standard och innehar en skillnad i
deformationshårdnande i relation till SS-2333. Därav var både materialen AISI 205 och
SS-2333 lämpliga alternativ. Materialet var också av formen plåt för att gynna tillverkningen.
22
Kroppen är gjord av en öppen cylindrisk form visad i Figur 11. Geometrin är simpel och utförs
genom rullbockning av plåt. Metoden är enkel och rullbockningen kunde även göras med
manuell rullbockningsmaskin för att uppnå radien. Därmed blev valet av materialet en
förbättring eftersom tillverkningen hölls enkel samtidigt som materialet signalerade estetik
[9].
För att säkerställa att kroppen klarade den utsatta belastningen, utfördes en FEM analys med
hjälp av Creo Simulate som verktyg. Kroppens tjocklek var satt till att vara 1.0 mm och
belastningsfallet var satt till en trycklast på 20 kg som ett extremfall.
(a) (b)
Figur 11. FEM Simulering av kropp. (a) visar förskjutningen som uppstår på kroppen på
grund av pålagd last och (b) visar spänningar i kroppen.
Utfallet av simuleringen visas i Figur 11. Utfallet tyder på att kroppen hade en opåverkbar låg
deformation till den utsatta belastningen. Högst spänning förekom vid hålkanten vilket ligger
under materialets sträckgräns. Därav hade kroppen tillräckligt formad geometri och material
för att uppfylla utsatt funktion. Resultatet av simuleringen gav att en kropp av 1.0 mm plåt av
materialet AISI 205 var ett lämpligt val.
4.6.3 Tappkran
Tappkranen är en standardiserad Tomlinson tappkran av varianten för kaffe. Varianten var
vald för att tåla kaffets höga temperatur och innefattade en standardiserad koppling som
hade möjlighet att fästas mot tankens koppling. Tomlinson tappkran resulterade i ett
23
minimerat antal specialtillverkade komponenter som ledde till en kostnadseffektivare
konstruktion. Standardiserade komponenter kunde köpas in istället för att själva tillverka
som gynnar konstruktionen produktionsmässigt. Tomlinson tappkran gav även användaren
tydlighet hur kaffet rann ur termosen vilket ökade användarvänligheten [8].
4.6.4 Underplatta
Underplattan är en del av skalet på termosen och har som funktion att förknippa termosens
fot till övre del samtidigt som underplattan bär tanken. Underplattan var av den anledning en
central del i termosen då den utsätts för belastning. Med hjälp av CES-Edupack undersöktes
det befintliga ABS-plastmaterialet. Restriktioner sattes till att vara plastmaterial som tillät
formsprutning som tillverkningsmetod.
Figur 12. Egenskapsdiagram till materialval för alternativt plast.
Egenskapsdiagrammet Figur 12 innehar ett flertal plastmaterial som tillåter formsprutning
som tillverkningsmetod, dock var plastmaterialen som hade lägre pris och högre styvhet än
ABS-plasten en estetik som ej symboliserade kvalitet. ABS-plasten innehöll lågt pris och hög
styvhet och valdes till att nyttjas som material.
Eftersom det är underplattan som tar upp tyngden av tanken blev det viktigt att säkerställa
att detaljen klarade av den tyngdlast den utsätts för. Fallet undersöktes genom simulering
vilket detaljen antogs utsättas för ett extremfall av en tyngdlast på 20 kg.
24
(a) (b)
Figur 13. FEM Simulering av underplatta. (a) visar förskjutningen som uppstår på
underplattan på grund av pålagd last och (b) visar spänningar i underplattan.
Simuleringen som visas i Figur 13 beskriver att deformationen var låg fast märkbar synlig och
att maximal spänning i materialet var under materialet sträckgräns. Simuleringen gav att
detaljen var av tillräcklig form och material för att klara av den utsatta miljön. Diagonala
avstyvningar adderades av anledningen att öka vridstyvheten för att minska deformationen.
Det finns även plats för en våg att placeras i underplattan för att mäta vikt av tank vilket
önskades av 3TEMP.
4.6.5 Spillbricka
Spillbrickan har som funktion att fånga upp kaffet som droppas ned från tappkranen. På så
sätt samlas kaffet upp istället för att söla ned termosen och tillhörande omgivning.
25
Figur 14. Lösningsalternativ för spillbricka.
Spillbrickan består av två komponenter som illustreras i Figur 14. Komponenterna beskrivs
som följande, en hållare som själva spillskivan monteras på för att även sättas fast på
termosens fot. Hållaren sätts fast på termosens fot genom att använda magnet på
undersidan. Magnetförbandet gör det lätt för användaren att demontera spillbrickan vid
rengöring. Kan göras för hand för att undvika verktyg eller liknande vilket gör underhåll
enkelt. Själva spillskivan kommer fogas fast på hållaren genom en greppassning vilket även
här tillåter att parterna kan demonteras vid behov. Eftersom spalterna med tiden kunde
medföra missfärgningar eller kalkbildning på grund av kaffet, blev det viktigt att möjligheten
för rengöring fanns. Spillskivan är försedd med hål för kaffet att rinna ned i. Under
spillskivan finns en samlingsbox för kaffet att ta vägen. Boxen samlar kaffet för att förhindra
kaffet från att smutsa ner. På så sätt kan termosen hållas ren och fräsch. Boxen är en del av
hållaren för att minimera antal detaljer i konstruktionen. Därav blir det enkelt att demontera
för att rengöra från spill.
Som resterande av höljet till termosen görs även spillbrikans hållare i ABS-plast för att hålla
kostnaderna nere. Passade företaget tillverkningsmässigt med tillhörande
tillverkningsmetoder. Själva spillskivan görs i samma austenitiskt rostfritt material AISI 205
som kroppen för att synliggöra kvalitet. Geometrin är formad av hål med samma radie för att
undvika verktygsbyte, eftersom hålen enkelt kunde stansas som tillverkningsmetod.
Undantag av radie vid hålet längst ut, där hållet är placerad för att signalera användaren vart
koppen ska ställas sådan att koppen är placerad rakt under tappkranen.
26
4.6.6 Handtag
Handtaget är formad för att enkelt kunna monteras på termosen. Förbandet monteras med
hjälp av materialets elastiska deformation genom en snäppfunktion. Handtaget är formad
med fasning för att både underlätta tillverkningen och göra handtaget bekväm för
användaren.
För att kontrollera att handtaget tål viktlasten den utsätts för simulerades även denna.
Simuleringen beskrevs av ett extremfall av lasten verkande på handtaget. Lasten antogs till
vara en tyngdlast med avseende på egenvikten. Egenvikten sattes till 20 kg som extremfall
vilket speglas i en kraft på cirka 200 N.
(a) (b)
Figur 15. FEM Simulering av handtag. (a) visar förskjutningen som uppstår på handtaget
på grund av utsatt last och (b) visar spänningar i handtaget.
Utifrån Figur 15 kan det utläsas att handtaget har en låg deformation vilket tyder på att
materialet och geometrin som handtaget är formad utav var tillräcklig hållfast. Kan alltså
även här göras i samma ABS-plast som vid resterande höljekonstruktion.
4.6.7 Lock
Locket är konstruerad sådan att användaren enkelt kunde öppna och stänga termosen vid
behov. Locket fästs mot termosens överdel genom ett skruvförband. Skruvförbandet tillät
locket att på ett smidigt sätt monteras/demonteras samtidigt som den höll termosens tank
tät.
27
Figur 16. Lösningsalternativ för lock.
På grund av tankens öppning till lock, konstruerades storleken på locket att vara liten fast
tillräcklig för att kunna hälla i kaffet, se Figur 16. Detta med anledningen till att minimera
värmeförlusterna och fortfarande uppfylla funktionen att kunna fylla tanken. Värmen i
tanken stiger och därav blev överdelen av termosens isolerande effekt viktigt.
Den konformade geometrin på locket minskar även kaffespill, sådan att själva hålet på
termosen kunde hållas mindre och kaffet hindrades från att spilla ned. Formen ledde till att
lockets funktion uppfylls samtidigt som termosen kan hållas fräsch.
4.6.8 Stativ
Stativet har som funktion att hålla uppe termosen sådan att användare kan ställa kopp under
tappkranen. Är alltså länken mellan termosens fot och kropp som fogas ihop genom
snäppfunktion. Materialet hålls samma som den nuvarande termosen vilket var av ABS-plast.
Av den anledningen innehar formen släppvinklar för att ge möjlighet för formsprutning av
plast.
Stativet undersöktes med liknande metod som föregående utförts. Belastningsfallet beskrevs
som en tryckbelastning av 20 kg för att undersöka om stativet klarade ett extremfall av
applikationen den utsattes för.
28
(a) (b)
Figur 17. FEM Simulering av stativ. (a) visar förskjutningen som uppstår på stativet på
grund av utsatt last och (b) visar spänningar i stativet.
Utfallet av simuleringen visas i Figur 17. Utfallet beskriver att stativet också hade som
föregående simuleringsfall en opåverkbar låg deformation med avseende på plastens
flexibilitet. Därav också tillräcklig formad för att tåla den last stativet utsattes för. Stativet
kunde alltså göras av materialet ABS-plast för att uppfyll stativets bärande funktion.
29
5 Diskussion
Kapitel innehåller en reflektion över resultat samt arbetssättet som utförts i projektet.
5.1 Metodik
Metodiken som implementerades för att genomföra projektet ansågs användbara och
tillräckliga för att uppnå målet. Nulägesanalysen skapade en bild över termosens befinnande
läge vilket satte grund för arbetet. Produktspecifikationen skapade klarhet av vad termosen
ska uppfylla och blev ett värdefullt verktyg att nyttja. Konceptgenereringen skapade ett
underlag av olika lösningsalternativ vilket sedan med metodik sållades bort i konceptvalet.
Därmed erhölls tillräcklig arbete för nästkommande vidareutveckling fas. Processen
strukturerade ett aktivitetsflöde att arbeta mot som hela tiden byggde på varandra, därav
användbara verktyg att nyttja som skapade systematik för att uppnå resultat.
5.2 Reflektion över resultat
Rördiametern valdes till standardiserade tummått av den anledningen att det fanns ett större
utbud av standardiserade kopplingar tillhörande mått i tum. Diametern valdes även att vara
tillräcklig för att tanken ska vara volymeffektiv samtidigt som röret tilläts att bockas.
Bockningsradier var av heltalsmått för att även här använda standardiserade bockverktyg.
För liten diameter kan även resultera i att termosen inte kan fyllas på tillräckligt snabbt med
nytt kaffe, utan luften hinner inte föda ut ur termos och bildar en kaffesamling vid locket.
Spiralformen kunde tillverkas på ett flertal olika sätt. Ett sätt var genom rullbockning som
tidigare beskrivs. Ett alternativ till rullbockning var att röret lindas runt ett roterande verktyg
likt en svarv. Det finns alltså fler alternativ som metod vilket gjorde att rullbockningen inte är
en begränsning tillverkningsmässigt, utan är ett förslag till alternativet som ansågs
lämpligast.
Resultatet gav att kaffet sjunker i temperatur då tanken innehar rumstemperatur. Det krävs
energi för att värma upp tanken för att uppnå jämvikt. Temperaturförlusten blev cirka 17
grader Celsius vilket upplevdes vara högt i relation till den cylindriska alternativ av tank.
Tilläggningsvis kommer kaffet som strömmar ned i termosen först vara kaffet som värmer
30
upp tanken och på grund av att värmens riktning i termosen stiger uppåt, kommer kaffet
längst ned i termosen bli kallare än resterande och det blir en temperaturgradient i termosen.
För att undvika temperaturgradient kunde termosen förvärmas i form av förspolning innan
kaffet hälldes i. På så sätt blir inte temperaturförlusten lika extrem, dock blir processen
omständlig och synen på kvalitet försämras.
På grund av spiralformens volymineffektivitet ökade också tankens massa. Tanken
resulterade till att väga cirka 6 kg för att rymma 2.5 liter vilket upplevdes vara högt i relation
till att vara en termos. Massan var enbart tanken tom, adderas termosens resterande
komponenter och tanken fylls med kaffe kommer massan uppnå en gräns som ej tilltalar
användarvänligheten.
Vid beräkning av nödvändig isoleringstjocklek gjordes approximationer vid framtagandet.
Den yttre-spiralen ansågs som den kritiska och därav valdes den att räknas på. Geometrin
ansågs som en lång cylinder för att räkna ut värmeförlusten till vilken tjocklek av isolering
blev nödvändig. Fallet var ett extremfall på grund av den inre-spiralen värmer upp samtidigt
som yttre-spiralens olika varv var i kontakt med varandra, det vill säga ledningsytorna som
antogs vid beräkning av lämplig isoleringstjocklek var över verklig dimension. Resultatet gav
att nödvändig isoleringstjocklek var 2 cm vilket blev volymkrävande. Isoleringen resulterade i
en ökad termosdiameter på 4 cm vilket var en volymuppoffring som blev nödvändig för att
erhålla önskad isoleringseffekt. Den ökade termosdiametern ansågs inte till att vara extrem
utan var av rimlig gräns, dock mer volymkrävande än cylindrisk tank. Bakomliggande
anledning var att spiraltankens ledningsytor var betydligt större än vid cylinderformad tank
och krävde till följd en tjockare isolering för att behålla värmen i termosen.
Kostnadsmässigt var spiraltanken materialmässigt hög. Ur Bilaga 1 erhålls att en rörlängd på
minst 6 meter blev nödvändigt. Kostnadsmässigt var priset kring 100 kronor metern enligt
Calamo vilket menade på att enbart materialet enskilt blev materialkrävande och
kostnadsineffektivt.
Genom att använda två spiraler istället för en spiral vid tanken nyttjas termosens volym
effektivare. Ett bidrag till följd av spiralerna var att möjligheten fanns att separera systemen
sådan att termosen bestod av två tankar istället för en. Därav kunde termosen enkelt med
modifikation i designen servera två skilda vätskor istället för en. Förslagsvis kunde yttre
cylinder bestå av kaffe och den inre av mjölk. Resultatet blev en kombinationstermos vilket
kunde uppfylla ett behov som inte en befintlig lösning fanns på marknaden.
31
En design av ren plast ansågs inte åtråvärt bland kunder. Befintlig Hipster termos som fanns
på marknaden hade termosens kropp bestående av ABS-plast vilket 3TEMP ej ansåg sända ut
kvalitet/estetik-signaler. Termosen skulle symbolisera kvalitet samt exklusivitet och därav
ändrades kroppmaterialet. Det alternativa materialet till plasten blev austenitiskt rostfritt stål
AISI 205 vilket ur ett estetiskt perspektiv tilltalade marknaden bättre. Metallytan gav en
industrilook som bidrog med en förhöjd kvalitet. Samma argument gällde spillbrickan av
anledningen att den också sticker ut utseendemässigt. Spillbrickan valdes till att använda
samma material som termosens kropp fast i perforerad form för att underlätta logistiken.
Sådan att antal materialleverantörer minimeras vilket underlättar för företaget.
Termosens design är enkel och entydig. Kunder på marknaden skulle ha möjligheten att sätta
egen logotyp på termosen för att knyta den till verksamheten. Detta har gjorts genom att
skapa plats och möjlighet för vilken logotyp som helst att sättas på ytan bakom skärmen på
framsida av termos. Till följd fyller inte bara termosen huvudfunktionen utan lever upp till ett
större segment av förväntningar för kund vilket bidrar med en ökad kvalitet.
Tomlinson tappkran som ersätter den befintliga kranen på Hipstern är enklare genom att
funktionen är tydlig. Kunden kan simpelt använda termosen för att fylla på kaffe utan att
oroas för bränna. Termosens centrala huvudfunktion var att lagra och förse kaffe ned i kopp,
något den nya versionen av Hipster termos uppfyller bättre på grund av enkel och entydig
design. Gällande logistiken var Tomlinson tappkran enkel tillgänglig på marknaden vilket
bidrog till lägre leveranstider av komponenter att konstruera termosen av. Tilläggningsvis
fanns även en variant av Tomlinson tappkran som innehade en säkring som hindrade
handtaget från att tryckas vilket förhindrar oavsiktlig eller oönskad dosering.
Det traditionella fallet med att nyttja vanligt rostfritt material ledde på lång sikt till
kalkbildning och beläggningar på tankens insida. Den elektropolerade ytan vid rörets insida
försvårar smuts att fastna vilket gav till följd en renare tank. Nödvändigtvis kommer inte
kalket från själva kaffet, utan från rengöringen efter bruk eftersom tanken till stor del
sköljdes med kranvatten. Rörets elektropolerade yta gav även till fördel då ytan rengörs med
rengöringsmedel, då smuts lättare flagnar av från yta. Därav blev det elektropolerade
materialet till stor fördel gällande underhåll av termosen. Som följd av den elektropolerade
ytan blev materialet också mer korrosionsbeständig på grund av slagg partiklar på ytan
elimineras under elektrolyt processen, vilket speglas i en förhöjd kvalitet och livslängd av
termos.
32
Konstruktionen är formad för att minimera antal tillhörande komponenter. Det skulle vara
enkelt att montera/demontera termosen där lösningen var entydig, det vill säga fanns bara
ett sätt att montera ihop vilket lösningen var uppenbar för vem som helst att utföra.
Snäppfunktioner nyttjades för att skapa en lösbar sammanfogning av element. Därav blev
inga verktyg nödvändiga utan kunde utföras enskild förhand. Magnetförbandet vid
spillbrickan medföljde också en effektivare montering/demontering än befintlig lösning
vilket gynnar användaren av anledningen att spillbrickan rengörs vid daglig basis efter varje
brukning.
Alternativ för att ersätta den befintliga ABS-plasten studerades. Material som PET-plast
ansågs också vara lämpligt med avseende på lägre pris och högre styvhet. Båda materialen
gav möjligheten att bearbetas på ett flertal olika sätt, allt från formsprutning till extrudering.
PET-plasten gav dock inte upphov till en förhöjd kvalitet eftersom ABS-plasten ansågs mer
estetisk tilltalande. Det befintliga materialet ansågs redan uppfylla funktionen att nyttjas som
skal för termosen och byta material ansågs inte lönsamt på grund av förändrad logistik.
FEM simuleringarna gav utfall med opåverkbara låga deformationer. Anledningen ansågs
bero på termosens geometri. Den cylindriska formen var tunnväggig samtidigt som radien
var relativ bred, två gynnsamma parametrar som var till fördel gällande konstruktioner som
utsätts för trycklast. Trycklasterna togs även upp genom skivverkan som också gynnar
konstruktionen. Av ovanstående anledningar ansågs FEM simuleringarna vara korrekta med
avseende på låg belastningsfall och fördelaktiga formade geometrier.
5.3 Framtida arbete
Spiralformen innehade märkbara faktorer som inte var till fördel gällande termosens
funktion. Spiraltanken hade en ökad förlust i form av värme och hade en ökad tyngd.
Termosen blev volymkrävande och det kvarstår arbete i att undersöka alternativa
tillverkningssätt som möjligtvis gynnar företaget och termosen.
Förutom spiralrör fanns det ett annat alternativ enligt Calamo vilka ansågs passande som
tillverkningsalternativ. Alternativet var tanktillverkning som bestod i grunden av mantel,
pressad botten, pressad topp, tapp-anslutning i botten och en påfyllning i toppen. Cirka två
svetsar om i CNC kunde ta hål och gänga för tapp och påfyllning. Metoden fungerar av
anledningen att den är etablerad och används i dagens tillverkning av tankar. Dock
arbetsintensiv på grund av svetsning av minst botten och anslutning blev nödvändig.
33
Ett koncept är framtaget med stödjande teori och beräkningar. Det finns vidare potential att
nyttja studien för att utveckla Hipster termosen. Följa upp arbetet genom att implementera
förbättringsområden för att nå steget närmare verklighet. Kan göras genom att forma en
prototyp för att säkerställa att termosen uppfyller det som utlovas göra.
34
6 Slutsats
Avslutningsvis finns det en potentiell verklighet för 3TEMP att ersätta den traditionella
cylindriska tanken med spiralformat rör istället. Röret är av elektropolerat austenitiskt
rostfritt stål SS-2333 med dimensionen 25.4 x 1.65 mm som kommer från Calamo i Molkom.
Spiralformen kommer rullbockas och skapa ett tanksystem i form av en inner- och ytterspiral
med hjälp av standardiserade kopplingar. För att förbättra termosens isolerande effekt
nyttjas ett alternativt material som isolering. Materialet är fenolskum (sluten cell) och har
lägre värmeledningsförmåga än befintligt nyttjande material för termosen. Isoleringen
rekommenderas att vara av tjocklek 2 cm mellan tankyta och vägg. Spiraltanken innehar en
hög massa på över 6 kg vilket även är energikrävande för kaffet att värma upp. Det beräknas
till en förlust på cirka 17 grader Celsius på kaffet till följd av tankens uppvärmningsmassa.
Alternativt material för att ersätta kroppens plastmaterial är AISI 205 eller SS-2333 i form av
plåt, dimension av tjocklek 1.0 mm rekommenderas. Materialet bidrar med en industrilook
som ger termosen en mer estetisk tilltalande utseende. Gällande spillbrickan finns en
potentiell förbättring att nyttja magnetförband vid montering/demontering. Spillbrickan
möter kundens behov gällande användarvänligheten i följd av spillbrickans simplicitet.
Ytterligare kommer Tomlinson tappkran förbättra användarvänligheten och bidrar till en
förhöjd kvalitet för kund. Tomlinson tappkran förenklar även termosens produktion och
logistik i form av att tappkranen är standardiserad.
35
Tillkännagivande
Ett stort tack riktas till projektgivaren Peter Larsson på 3TEMP för tiden, tillgänglighet och
vägledning som gjort projektet möjligt. Även samtliga på Calamo som hjälpt till med
rådgivning av lösningsalternativ.
Ytterligare ett tack till handledaren Abdulbaset Mussa på Karlstads Universitet för ett stort
engagemang med stödjande hjälp och vägledning genom projektet.
Avslutningsvis ett tack till Jens Bergström på Karlstad Universitet för all hjälp och råd
angående projektet.
36
Referenslista
[1] 3Temp. Thermos 2.5l [internet]. 3Temp; u.å. [citerad 2020-01-22]. Hämtad från
https://3temp.com/product/thermos-2-5l/
[2] Löfbergs. Så brygger du riktigt gott kaffe! [internet]. Löfbergs; u.å. [citerad 2020-01-24].
Hämtad från https://www.lofbergs.se/inspiration/brygga-gott-kaffe/
[3] Löfbergs. Svensk innovation säkerställer smaken påkaffe [internet]. Anders Thorén; 2018
[citerad 2020-01-24]. Hämtad från
https://www.lofbergs.se/nyheter/svensk-innovation-sakerstaller-smaken-pa-kaffe/
[4] Cengel A, Ghajar J, Heat and Mass Transfer. Fundamentals & Applications. 5. uppl. New
York: McGraw-Hills Education; 2015.
[5] Kosmač A. Elektropolering av rostfria stål [internet]. Diamant Building: Euro Inox; 2009.
[citerad 2020-02-02]. Hämtad från
http://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/Euro_Inox/Electropolis
hing_SW.pdf
[6] Johannesson H, Persson J.G, Pettersson D. Produkt Utveckling. Effektiva metoder för
konstruktion och design. 2. uppl. Stockholm: Liber; 2013.
[7] Calamo. Vi kan betning, elektropolering och ytbehandling [internet]. Calamo; u.å. [citerad
2020-01-27]. Hämtad från https://calamo.se/
[8] Tomlinson. OEM Components [internet]. Tomlinson; 2017 [citerad 2020-01-27]. Hämtad
från http://www.tomlinsonind.com/Category/?Category=OEM%20Components
[9] Jarfors, A, Carlsson T, Eliasson A, Keife H, Nicolescu C, Rundqvist B, Sandberg B.
Tillverkningsteknologi. 3. uppl. Lund: Studentlitteratur; 2010.
[10] Calamo. Calamo-katalog [internet]. Calamo; u.å. [citerad 2020-01-27]. Hämtad från
https://calamo.se/0986741_wp-uploads/2019/06/Calamo-katalog-190524-SV.pdf
[11] Ashby F. M. Materials selection in mechanical design. 5. uppl. Elsevier:
Butterworth-Heinemann; 2010.
37
[12] Kingspan. Underneath the Microscope [internet]. Kingspan insulation middle east; 2016.
[citerad 2020-02-03]. Hämtad från
https://www.kingspan.com/meati/en-in/product-groups/ductwork/knowledge-base/wh
ite-papers-technical-bulletins/closed-cell-vs-open-cell-phenolic-insulation
[13] Outokumpu. Outokumpu data sheet template [internet]. Outokumpu; u.å. [citerad
2020-02-05]. Hämtad från
http://www.astoncarlsson.se/image/data/produktblad/1042EN2_Steel20Grades_Prope
rties.pdf
38
Bilaga 1
Figur 1. Octave beräkning för att ta fram isoleringstjocklek för respektive termosvolym.
Bilaga
Figur 2. Octave beräkning för att ta fram värmeförlust för respektive termosvolym.
Bilaga
Figur 3. Octave beräkning för massa för respektive termosvolym.
Bilaga
Bilaga 2
Figur 1. Exploderad vy av termosens innehållande detaljer.
Bilaga