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