Framtagning av konceptsmodell för mekanisk avskiljning av feltryckta wellpappark

avskiljning av feltryckta wellpappark

Maskinteknik, Industriell design och produktutveckling Örebro vårterminen 2021

Examinator: Jens Ekengren

Development of concept model for mechanical separation of misprinted sheets of corrugated cardboard

produktutvecklingsprocess med slutresultat i en konceptmodell. Företaget utvecklar och tillverkar i dag maskiner för den globala wellpapp-industrin och önskar nu komplettera sitt utbud med ett system som automatiskt sorterar bort wellpappark som erhållit felaktigt grafiskt tryck. Detta är tänkt att kunna inkorporeras i deras befintliga processeringsflöde och skall kombineras med befintlig videoteknik för validering av det grafiska trycket. Konceptmodellen som tas fram är således en potentiell lösning av de mekaniska delar som samverkar i sållningen av feltryckta ark och är tänkt som en grund för vidare arbete att ta fram en marknadsfärdig produkt.

I processen att ta fram denna konceptmodell tillämpades metoder för divergent problemlösning där flera lösningskoncept genererades och värderades i syfte att hitta det bästa. Detta koncept utvecklades sedan till en mer detaljerad representation av lösningen i form av en 3D-modell av de samverkande maskin- och konstruktionselementen, vilken i detalj demonstrerar hur det valda konceptet löser sållningen av feltryckta ark. Beräkningar, vilka innefattade framtagning av tröghetsmoment och accelerationskurva, utfördes även med data från denna modell i syfte att testa lösningens rimlighet och att erbjuda en teoretisk grund att jobba vidare med i fortsatt arbete av konceptet.

This thesis was made for EMBA Machinery AB and includes a product development process with the result of a concept model. EMBA is a company that develops and manufactures machines for the global corrugated board industry and wants to extend their solutions with a system that automatically removes the misprinted corrugated boards. The idea is to incorporate the system with the already existing processing flow and should be combined with the existing video system that validate the print quality. The concept model is a concept of the mechanical parts needed for the solution and can be used as a foundation for further work towards a product for the market.

To produce this concept model methods for divergent problem solving were used. Several concept solutions were created and evaluated with the purpose of finding the best one. This concept was then developed further into a 3D-model of all the interlocking machine- and construction elements, whom in detail demonstrates the removal of misprinted boards. Calculations, which included determining moment of inertia and an acceleration curve, were also done based on data from this model with the intent of testing the plausibility of the solution and to offer a theoretical foundation on which to base further work with this concept.

tacka för en lärorik- och givande studietid.

Ett stort tack till EMBA Machinery AB som gav oss möjligheten att utföra detta intressanta och givande projekt. Ett särskilt tack till utvecklingschef Olof Ronquist för hans tid och expertis inom området och handledare Christer Korin för hans tid och feedback under arbetets gång.

1 INTRODUKTION ... 1 1.1 Företaget ... 1 1.2 Problemställning ... 1 1.3 Disposition ... 1 2 BAKGRUND... 2 2.1 Separering av ark ... 2 2.1.1 Syften ... 2 2.1.2 Frågeställningar ... 3 2.1.3 Avgränsningar ... 3 2.2 Företagskontext ... 3

2.3 Generell industriell kontext ... 3

3 VETENSKAPLIGT RAMVERK FÖR PRODUKTUTVECKLING OCH MEKANISKA BERÄKNINGAR... 4 3.1 Produktutvecklingsmetod ... 4 3.1.1 Produktspecificering ... 4 3.1.2 Idégenereringsmetod ... 4 3.1.3 Produktkoncept ... 5 3.1.4 Utvärdering av koncept ... 5 3.1.5 Layoutkonstruktion ... 5

3.2 Mekaniska och matematiska beräkningar... 5

4 METOD FÖR GENOMFÖRANDE AV KONCEPTFRAMTAGNING OCH BERÄKNING ... 8 4.1 Metoder för genomförande ... 8 4.1.1 Produktspecificering ... 8 4.1.2 Konceptgenerering ... 8 4.1.3 Produktkoncept ... 8 4.1.4 Utvärdering ... 8 4.1.5 Layoutkonstruktion ... 8 4.1.6 Beräkningar ... 8 4.2 Metodologiska överväganden ... 9

8 REFERENSER ... 21

SUMMERING AV VIKTIGA BEGREPP

Konceptmodell: 3-D modell av den framtagna konstruktionen vilken beskriver dess funktion Divergent problemlösning: Denna metod syftar till att använda många tänkbara lösningar och utifrån ett antal uppställda kriterier välja den bästa av dessa

Brainstorming: Syftar till att snabbt generera många potentiella lösningar till ett givet problem utan att i detta skede ta hänsyn till om dessa lösningar tillgodoser kriterier eller är realistiska Flöde: Wellpapparken transporteras på ett transportband med en viss hastighet som bildar ett flöde

Tröghetsmoment: Ett mått på det vridmoment som krävs för att ändra rotationshastigheten kring en given axel per tidsenhet

Stel kropp: En stel kropp inom mekaniken innebär att två godtyckligt valda punkter i kroppen har ett konstant avstånd mellan varandra oavsett om kroppen utsätts för belastning eller ej Plan rörelse: En plan rörelse innebär att de rörliga punkterna i en kropp endast kan förflytta sig i x-och y led medan förflyttning i z-led blir oförändrad och den genomförda förflyttningen kallas vinkelförflyttning och mäts i radianer.

BILAGOR

A: Patent, konkurrerande företag B: Data för beräkning

C: Beräkningar med hjälp av beräkningsprogram D: En första beskrivning av problemet

1

Introduktion

I följande kapitel ges en kort beskrivning av EMBA som företag och vad för typ av verksamhet de bedriver. Här ges även en beskrivning av den problemställning som låg till grund för arbetet. 1.1 Företaget

EMBA startades 1954 under namnet AB Emballagemaskiner, där man tillverkade semi-och fullt automatiska maskiner som kunde vika wellpappark. Allteftersom EMBA började växa internationellt så blev det angeläget att byta till ett mer passande namn, vilket blev EMBA. 1997 startades ett samarbete med Corpart, Tyskland och 2005 McKinley, USA. Anledningen till dessa samarbeten var för att utveckla sin marknadsförings och produkterbjudanden [5]. De maskiner EMBA tillverkar idag ligger i teknikens framkant och är välkända för den höga kvalitén av trycken på wellpapparken. Tack vare den flexibilitet som erbjuds kan maskiner skräddarsys efter kundens specifikation. Då EMBA arbetat mycket med kundfokus efter en affär, så har ett personlig service-paket utvecklats, vilket benämns som EMBA Comfort. EMBA Comfort täcker allt från professionell hjälp till att maskiner och operatörer alltid är i ”toppform” [5].

EMBA har idag omkring 260 anställda, där de flesta arbetar i Örebro, men med medarbetare i Tyskland såväl som USA. EMBA är även representativa med säljare i flertalet länder.

Huvudkontoret är beläget i Örebro och det är även där utvecklingen sker, samt där deras produktionsanläggning befinner sig. EMBA tillhör sedan 1988 Berg Group, där en rad olika företag ingår. Berg Group har en omsättning på omkring 1000MKR [5].

1.2 Problemställning

I samband med att ett grafiskt tryck appliceras på wellpappark så används videoteknik för att mäta om trycket blev bra. Processen för att skapa dessa grafiska tryck är sådan att wellpapparken matas in i ett kontinuerligt flöde via en maskin som längst med en bana applicerar trycket på dessa ett och ett. Vid händelse att trycket blir undermåligt på ett ark identifieras detta av kameran. I detta skede önskas möjlighet att kunna separera de feltryckta arken från flödet av de rättryckta. Vid projektets slut skall en konceptmodell som löser detta problem ha tagits fram [9].

2

Bakgrund

Under detta kapitel fås en bakgrund till problemställningen samt en fördjupning av problemställningen. Vidare beskrivs syftet med arbetet och vilken frågeställning som skall besvaras. Slutligen beskrivs de avgränsningar som ramar in arbetet och vad företaget har gjort innan.

EMBA Machinery AB tillverkar idag bland annat maskiner som viker och applicerar grafiskt tryck på wellpappark [5]. EMBA saknar idag en lösning för att kunna separera de wellpappark där det tryckta motivet inte når upp till förväntningarna. Ett första steg blir att ta fram en konceptmodell på en sådan lösning, med bakomliggande beräkningar.

2.1 Separering av ark

De wellpappark som matas in i EMBA’s maskiner har en typstorlek av 1500mm (bredd) och 900mm (körriktning). Väl i flödet har arken ett avstånd på 20mm mellan varandra och hastigheten på flödet är 1,66m/s. Information om arkstorlek och hastigheten på flödet blir viktiga för val av konceptlösning samt hur konceptmodellen kan utformas [9]. Givna krav på konceptslösningen från projektets start var:

• Konstruktionen ska inte deformera rättryckta ark • Flödeshastigheten skall förbli oförändrad

• Realistisk med avseende på tid för förflyttning av ark såväl som ingående maskinelement.

• Vridmomentet hos roterande detaljer får ej överstiga 200Nm.

• Det lufttryck EMBA använder sig av i befintliga maskiner är 6 ∙ 105_𝑃𝑎.

I dagsläget saknar EMBA ett automatiserat system för separering av feltryckta ark. Införande av ett sådant system skulle generera konkurrensfördelar och deras kunder har efterfrågat detta. I dagsläget befinner sig projektet på konceptutvecklingsnivå då inga befintliga system har implementerats. En automatiserad sortering kan möjligtvis påverka miljön positivt då hanteringen av feltryckta ark blir mer effektiv.

2.1.1 Syften

Det ena syftet med arbetet var att ta fram underlag för en konceptlösning i form av en

konceptmodell; en 3D-modell vilken i ingående detalj visar hur konceptlösningen är tänkt att tillgodose sållningen av feltryckta ark, och som i ett senare skede kan användas som grund till en konstruktionsmodell för tillämpning av lösningen i EMBA´s tryckmaskiner. Målet med detta var en konceptmodell i form av en 3D- modell, vilken enligt beräkningar är kapabel att sålla de feltryckta arken i samma takt som maskinen matar fram dem.

Det andra syftet är att utföra ett examensarbete utifrån arbetsgången i projektet. Målet med detta är att förmedla att den förvärvade kunskapen inom produktutvecklingsprocesser och mekanik från projektledarnas utbildning kan tillämpas för att lösa ett verkligt problem på ett ingenjörsmässigt vis.

2.1.2 Frågeställningar

• Är konceptlösningen realiserbar och möjlig att implementera i de befintliga maskinerna?

• Vilken är den erfordrade mekaniska prestandan hos det framtagna konceptet? 2.1.3 Avgränsningar

Arbetet som ska utföras är strikt avgränsat till ett koncept för de mekaniska delarna av det system som ska sålla feltryckta ark. Konceptlösningen involverar därför inte videotekniken som används vid sållningen eller hantering av arken efter att dessa sållats bort. En modell över konceptet tas fram och testas visuellt och med mekaniska beräkningar på kritiska konstruktionsdelar. Implementeringen av konceptet är också utanför ramarna till detta projekt. Lika så är alla ingående detaljer som samverkar med den befintliga drivningen och fasthållningen av ark i den maskin där konceptet är tilltänkt att tillämpas. Då slutprodukten av detta projekt kommer vara en konceptmodell kommer endast de mekaniska elementen som anses nödvändiga för att förmedla lösningen till problemet att 3D-modelleras.

2.2 Företagskontext

Då EMBA saknar ett system för sortering av feltryckta ark har separering skett manuellt i efterhand. Utvecklingschef Olof Ronquist har presenterat ett koncept för hur en möjlig lösning kan se ut [10].

2.3 Generell industriell kontext

En patentansökan har skett av ett konkurrerande företag. Se Bilaga A.

I nästa kapitel, 3 Vetenskapligt ramverk, behandlas den vetenskap som ligger till grund för framtagning av konceptlösning.

3

Vetenskapligt ramverk för produktutveckling och mekaniska

beräkningar

Grundlösningen på problemet består av underlag till en mekanisk konstruktion, med tillhörande beräkningar. För att kunna analysera problemet på ett korrekt sätt och veta vilka beräkningar som är nödvändiga behövs kunskapar inom produktutveckling, mekanik och matematik. 3.1 Produktutvecklingsmetod

Då varje problem har fler potentiella lösningar blir den initiala uppgiften att ta fram den bästa möjliga lösningen för det aktuella projektet. Denna process för problemlösning kan utföras enligt flera vetenskapliga metoder. I detta fall används metoden för divergent problemlösning. Denna metod syftar till att använda många tänkbara lösningar och utifrån ett antal uppställda kriterier välja den bästa av dessa [3].

Nyutveckling innebär att en ej redan befintlig produkt ska utvecklas med utgångspunkten att ett upplevt behov av ett problem har identifierats och samtliga steg i produktutvecklingsfasen arbetas då succesivt igenom. Då problemet avser nyutveckling utförs arbetet efter metoden för nyutveckling. Med hänsyn till de angivna avgränsningarna och omfattningen för ett sådant projekt så kommer detta arbete endast involvera produktspecifikation, konceptgenerering, produktkoncept och utvärdering/konceptval samt layoutkonstruktion [3].

Produktutvecklingsprocessens faser är följande:

Figur 1. I figuren visas samtliga steg för en produktutvecklingsprocess med en markering av de delar som ingår i arbetet [3].

3.1.1 Produktspecificering

I fasen för produktspecifikationen är målet att ta fram en specifikation av vad resultatet ska uppnå i produktframtagningsprocessen där krav och önskemål framkommer. Denna

specifikation ska i senare skede kunna användas vid framtagning av konstruktionslösningar [3].

3.1.2 Idégenereringsmetod

produktutvecklingsmetoden tillämpas metoden för brainstorming, vilken syftar till att snabbt generera många potentiella lösningar till ett givet problem utan att i detta skede ta hänsyn till om dessa lösningar tillgodoser kriterier eller är realistiska. Dessa lösningar beskrivs med högst ett par ord [4].

3.1.3 Produktkoncept

Samtliga kriterier utger tillsammans ett visst produktkoncept där produktens funktion och till viss del utformning framgår. Utvärdering av framtagna konceptslösningar kan genomföras med hjälp av olika metoder. I detta arbete används en elimineringsmatris efter Pahl och Beitz. Denna metod bygger på att samtliga konceptslösningar ställs mot de framtagna kriterierna. Endast de konceptslösningar som uppfyller samtliga kriterier kan anses vara godtagbara [3]. 3.1.4 Utvärdering av koncept

För att hitta den bästa lösningen kan olika metoder användas. I detta arbete används en relativ beslutsmatris efter Pugh. Denna metod bygger på att samtliga godtagbara lösningar ställs mot de framtagna kraven och önskemålen. De lösningar som får ett nettovärde > 0 rangordnas och lösningen med störst positivt värde kan anses vara den bästa lösningen [3].

3.1.5 Layoutkonstruktion

Vid layoutkonstruktion utformas en mer ingående framtagning av hos konceptet. I detta skede dimensioneras konstruktionen, standardkomponenter väljs ut samt att nya unika detaljer konstruera och material för konstruktionen väljs [3].

3.2 Mekaniska och matematiska beräkningar

En stel kropp inom mekaniken innebär att två godtyckligt valda punkter i kroppen har ett konstant avstånd mellan varandra oavsett om kroppen utsätts för belastning eller ej. Den deformation som kan förekomma blir alltså försumbar. Den framtagna konstruktionen kan betraktas som en stel kropp då fördelningen av massa är konstant med oförändrad tyngdpunkt även vid belastning samt att konstruktionen har en fast roterande axel [1].

En plan rörelse innebär att de rörliga punkterna i en kropp endast kan förflytta sig i x- och y-led medan förflyttning i z-y-led blir oförändrad. Se figur 2. Att konstruktionen kan betraktas som en stel kropp med en fast roterande axel medför att den rörelse som konstruktionen utför är en plan rörelse vilket ger upphov till enklare beräkningar [1].

Figur 2. Figuren visar en stel kropp som befinner sig på x-och y planet. En stel kropp kan endast förflyttas mellan x-och y axeln. Den förflyttning som utförs anges i radianer och kallas vinkelförflyttning 𝜃 [1].

Tröghetsmoment för en stel kropp är ett mått på det vridmoment som krävs för att ändra rotationshastigheten kring en given axel per tidsenhet. Genom att tillföra ett tillräckligt stort moment kan tröghetsmomentet för konstruktionen övervinnas och en rörelse kan ske. För att utföra rörelsen på en given tid måste kraften samtidigt ge upphov till en tillräckligt stor vinkelacceleration [1].

Då konstruktionen begränsar sig till att vara en stelkropp med en plan rörelse kan

ekvationerna för translation tillämpas. Dessa bygger på att vinkelhastigheten är en tidsderivata av vinkelförflyttningen och vinkelaccelerationen är en tidsderivata av vinkelhastigheten. Genom att göra en beräkningsmodell av vinkelaccelerationen med avseende på en given tid kan en godtycklig vinkelförflyttning fås genom att integrera vinkelaccelerationen två gånger [1] [2].

En pneumatisk cylinder är en komponent som omvandlar gastryck till mekaniskt arbete. Storleken på kraften beror på gastrycket och arean på kolven. Den metod som används i detta arbete för att orsaka en förflyttning är två pneumatiska cylindrar [6].

Följande ekvationer har använts för att utföra samtliga beräkningar. t =lb

Tf (1)

Denna ekvation används för att beräkna tiden rörelsen måste ske på. Se Bilaga B för värde på lb.

ω(t) = ∫ α(t)dt₀t (2) Denna integral används för att få vinkelhastigheten utifrån en given vinkelacceleration med avseende på tid [1].

Där ω är vinkelhastighet (rad/s), α är vinkelacceleration (rad/s2_{) och t är tid (s).}

θ(t) = ∫ ω(t)dt₀t (3)

Denna integral används för att få vinkelförflyttningen konstruktionen behöver utföra utifrån en given vinkelhastighet med avseende på tid [1].

Där θ är vinkelförflyttning (rad), ω är vinkelhastighet (rad/s) och t är tid (s).

J_A = J + m ∙ a2 ₍₄₎

Denna ekvation används för att beräkna tröghetsmomentet för konstruktion där rotationspunkt är förskjuten från tyngdpunkt [2]. Se Bilaga B för värde på J, m och a.

Där J är tröghetsmoment för konstruktion (kg∙m2_{) och a är avstånd till rotationspunkt (m}2_).

M = JA∙ α (5)

Denna ekvation används för att beräkna momentet vid konstruktionens rotationsaxel när vinkelacceleration har blivit vald [2].

Där JA är tröghetsmoment (kg∙m2) och α är vinkelacceleration (rad/s2).

M = F ∙ r (6)

Denna ekvation används för att beräkna vridmoment. Se Bilaga B för värde på r [2]. Där M är Vridmoment (Nm), F är kraft (N) och r är hävarmens längd (m).

F = ρ ∙ A (7)

Denna ekvation används för att beräkna vilken kraft en pneumatisk cylinder kan tillgodose [6].

Där F är kraft (N), ρ är cylinders tryck (Pa) och A är area på cylinder (m2_).

Efter ovanstående presentation av det vetenskapliga ramverket följer 4 Metod där användningen av metoder och verktyg presenteras.

4

Metod för genomförande av konceptframtagning och beräkning

Under denna del av rapporten tas de metoder upp som används för att genomföra arbetet från framtagning av produktspecifikation till val av konceptlösning och slutligen framtagning av konceptmodell.

4.1 Metoder för genomförande

De metoder och tillvägagångsätt som används vid genomförande utgår ifrån de teorier som beskrivs i 3 Vetenskapligt ramverk för produktutveckling och mekaniska beräkningar. 4.1.1 Produktspecificering

Det första steget bestod av framtagningen av en produktspecifikation där kriterier, krav, önskemål och avgränsningar kunde utformas med hjälp av de angivna parametrarna och bakgrunden till problemet.

4.1.2 Konceptgenerering

När produktspecifikationen var klarlagd kunde idégenerering påbörjas. Idégenereringen utfördes genom att skissa på lösningar som kunde utföra uppgiften att sortera bort feltryckta wellpappark och utan hänsyn till de framtagna kritterna, kraven och önskemålen. Detta för att inte begränsa antalet lösningar i det tidiga skedet.

4.1.3 Produktkoncept

Efter konceptgenereringsfasen utfördes en första sållning av lösningar med hjälp av en elimineringsmatris av Pahl och Beitz där lösningarna ställdes mot de framtagna kriterierna. De lösningar som inte uppfyllde samtliga kriterier sållades då bort. På de kvarvarande lösningarna utfördes en grundläggande 3-D modellering för att kunna analyseras vidare. 4.1.4 Utvärdering

Efter vidare analys av kvarstående lösningar kunde det konstateras att ytterligare sållning ej var nödvändig då endast en lösning uppfyllde de framtagna kraven.

4.1.5 Layoutkonstruktion

Med detta koncept inleddes ett mer grundligt modelleringsarbete, där samtliga ingående mekaniska element modellerades separat och sammanfogades i en övergripande 3D-modell. I tandem med modelleringsarbetet utfördes även mekaniska beräkningar för den framtagna konceptslösningen för att undersöka dess vridmoment och avgöra storleken på pneumatiska cylindrar.

4.1.6 Beräkningar

Samtliga parametrar som används finns beskriva under 3.2 Mekaniska och matematiska

beräkningar. Se även Bilaga B.

Det första steget var att beräkna tiden som rörelsen måste ske på. Detta utfördes med ekvation (1).

t =lb

Tf =

0,42

1,66 (1)

I steg två integrerades ekvation (2) med vald vinkelacceleration och (3) med avseende på tiden för att få vinkelförflyttningen. Detta utfördes med ett beräkningsverktyg.

𝜔(𝑡) = ∫ 𝛼(𝑡)𝑑𝑡₀𝑡 → 𝜃(𝑡) = ∫ 𝜔(𝑡)𝑑𝑡₀𝑡 (2) (3)

I steg fem används ekvation (4) för att beräkna tröghetsmomentet för konstruktionen.

𝐽_𝐴 = 𝐽 + 𝑚 ∙ 𝑎2 _{= 0,35 + 22,87 ∙ 0,26}2 ₍₄₎

Med hjälp av den valda vinkelaccelerationen och tröghetsmomentet hos konstruktionen kunde momentet beräknas i steg sex med hjälp av ekvation (5)

𝑀 = 𝐽_𝐴∙ 𝛼 = 1,94 ∙ 30 (5)

Med hjälp av det beräknade momentet och en omskrivning av ekvation (6) kunde kraften för pneumatisk cylinder beräknas. Då konstruktionen består av två cylindrar delades kraften med två i nästa steg.

𝑀 = 𝐹 ∙ 𝑟 → 𝐹 =𝑀_𝑟 =58,28_0,085 (6)

För att beräkna vilken storlek på cylinder som är nödvändig för att förflytta konstruktionen användes en omskrivning av ekvation (7). Anledningen till 2 ∙ 103 _{är för att få diameter och}

millimeter.

𝐹 = 𝜌 ∙ 𝐴 → 𝑑 = √_{2∙𝜌∙𝜋}𝐹 = 2 ∙ 103_{∙ √} 685,65

2∙6∙105_∙𝜋 (7)

4.2 Metodologiska överväganden

I den initiala delen av projektet användes metod för divergent problemlösning, vilken ger resultat utefter hur problemet och kriterierna formulerats. Detta medför att om kriterierna är bristfälligt- eller felformulerade riskerar resultatet bli en lösning till fel problem, vilket kvarlämnar det egentliga problemet.

För att analysera de mekaniska delarna hos lösningen användes inbyggda verktyg för detta i det program vilken konstruktionen 3D-modellerades. Detta innebär att ingen fysisk kontroll av samverkande element har genomförts vilket ökar risken för att lösningen inte är realiserbar i verkligheten.

• Inventor är ett datorprogram som bland annat används för att skapa 3-D modeller. Företaget som har skapat Inventor är Autodesk. Deras huvudkontor är beläget i San Rafael, Kalifornien,USA [7]. Inventor är det program EMBA använder sig av licens kunde därför tillgodoses. I detta projekt användes inventor vid generering av samtliga 3-D modeller samt sammanfogning och analys av dessa.

• Matlab är ett beräkningsprogram som kan användas till beräkningar, simuleringar med mera. Företaget som har skapat Matlab är MathWorks och har sitt huvudkontor i Natick, Massachusetts, USA [8]. Matlab användes för att underlätta beräkningar samt för att rita upp grafer över lösningarna. Resultatet hade inte påverkats märkvärt vid användning av andra program. De felkällor som kan uppstå är bristen på erfarenhet i programmen för vald metod.

5

Resultat

De resultat som presenteras i följande kapitel är de framtagna lösningskoncepten, en visualisering av funktionen hos konceptlösningen samt resultatet av de beräkningar som har utförts.

5.1 Konceptlösning

I matrisen nedan kan krav och önskemål hos konceptet ses. Dessa utformades från den information som erhölls vid projektets start.

5.1.1 Produktspecificering

Tabell 1. Produktspecifikation med angivna kriterier, krav och önskemål.

Kriterium Nummer Kriterium Krav = K Önskemål = Ö Funktion = F Begränsning = B 1 Sålla bort feltryckta ark från

de rättryckta

K F

2 Konstruktionen ska inte

deformera rättryckta ark

K B

3 Flödeshastigheten ska förbli oförändrad

K B

4 Realistisk med avseende på förflyttning av ingående maskinelement

K B

5 Konstruktionens bredd så

liten som möjligt

Ö, 3 B

6 Konstruktionselement som

är tillgängliga och beprövade

Figur 3. Framtagna konceptslösningar efter användning av metod för brainstorming.

5.1.3 Produktkoncept och Utvärdering/Konceptval

Tabell 2. Elimineringsmatris för ett första urval av konceptslösningar.

I figur 4 visas en bild över de tre preliminära konceptslösningar som kvarstod efter den första sållningen. Den lösning som följande användes var den översta av dessa då den erbjöd längst tid för förflyttningen av de ingående maskinelementen.

Anledningen att den första lösningen gav ett längre tidsspann var att det band som fälls ner i denna kan röra sig under tiden som ett ark transporteras på detta, medan de övriga skulle behöva förflytta sig under tidsspannet för glipan mellan de transporterade arken.

Figur 4. De tre framtagna konceptlösningarna.

5.1.4 Layoutkonstruktion

Nedan bild demonstrerar funktionen hos det färdiga konceptmodellen för arksållning där flödet för detta visas i kronologisk ordning uppifrån och ner. Här kan ses hur det rörliga bandet börjar fällas redan när föregående ark rör sig på detta och hur bandets vinkel styrs med pneumatiska cylindrar. Arket som sållas styrs ned på en glidskena med en styrpinne vilken roterar ner i framkanten av arket. Följande används en rulle på lodrätgående cylindrar för att trycka arket mot det nedfällda bandet och tillgodose erforderlig friktion mot detta. Friktionen gör så att arket fortsätter längst med det fällda bandet och inte fastnar mot glidskenan.

Figur 6. Helhetsbild hos den konceptslösningen.

5.2 Resultat av beräkningar

Resultatet av samtliga beräkningar avser det valda lösningskonceptet. Steg 1. Tiden som rörelsen måste ske på: t = 0,25s

Figur 7. Grafen över accelerationsprofilen. Lutningen representerar en viss stigtid mellan signal om feltryckt ark och den pneumatiska cylindern att aktiveras.

Steg 3 och 4. Vinkelförflyttningen: θ = 0,297rad. Se figur 4 i Bilaga C för uträkning i beräkningsprogram

Figur 8. Graf för vinkelförflyttningen i grader.

Steg 5. Tröghetsmomentet: JA = 1,94kgm2

Steg 6. Moment kring rotationsaxel: M = 58,28Nm

Steg 7. Kraften som krävs för båda cylindrarna: F = 685,65N Steg 8. Diameter för en cylinder: d = 26,97mm

6

Diskussion

Under följande kapitel förs en diskussion där resultatet värderas och förslag ges på fortsatt arbete.

6.1 Värdering av resultat

Med den framtagna konceptlösningen och tillhörande beräkningar så har samtliga värden varit trovärdiga med hänsyn till förutsättningarna i 2.1 Separering av ark. Då projektmålet var konceptmodell av en lösning som kan sortera bort feltryckta ark anses målet vara uppfyllt då samtliga kriterier uppfylls för den valda konceptlösningen och att konceptmodellen vid visuell inspektion ser ut att kunna utföra den uppgift som efterfrågades av lösningen. Diameter för de två pneumatiska cylindrarna beräknades till 26,97mm.

För att med säkerhet garantera att konceptet fungerar i verkligheten skulle prototyp av detta behöva tas fram och testas, alternativt simulering av konceptmodellen utföras.

Som nämnt i Separering av ark i 2 Bakgrund kan lösningen ha positiv påverkan på miljön då hanteringen av felsorterade ark blir mer effektiv. Viss osäkerhet råder givetvis vilket nämndes i metodkritiken i 4 Metod.

Om konceptlösningen tas vidare till prototypstadiet och sedan utvecklas till en faktisk produkt skulle lösningen med viss modifikation kunna implementeras på samtliga tryckmaskiner. 6.2 Förslag på fortsatt arbete

Det examensarbetet täcker in är en modell av en konceptlösning som i teorin kan sortera bort feltryckta ark utan att flödet påverkas. För att konceptlösningen ska bli realiserbar behövs ett antal steg tas. Drivning i form av elmotorer för banden behöver tas fram, vilka maskinelement som skall användas för att montera ihop konceptlösningen med befintliga maskiner, vilka cylindrar som skall användas, styrning mellan kamera som avläser feltryckta ark och cylindrarna samt en anordning där bortsorterade ark kan samlas.

7

Slutsatser

Konceptmodellen anses tillgodose de krav som ställdes på lösningen och kan användas för fortsatt arbete.

Det ena syftet med arbetet var att ta fram underlag för en konceptlösning i form av en

konceptmodell; en 3D-modell vilken i ingående detalj visar hur konceptlösningen är tänkt att tillgodose sållningen av feltryckta ark, och som i ett senare skede kan användas som grund till en konstruktionsmodell för tillämpning av lösningen i EMBA´s tryckmaskiner.

Målet med detta var en konceptmodell i form av en 3D- modell, vilken enligt beräkningar är kapabel att sålla de feltryckta arken i samma takt som maskinen matar fram dem.

Det andra syftet är att utföra ett examensarbete utifrån arbetsgången i projektet. Målet med detta är att förmedla att den förvärvade kunskapen inom produktutvecklingsprocesser och mekanik från projektledarnas utbildning kan tillämpas för att lösa ett verkligt problem på ett ingenjörsmässigt vis.

• Är konceptlösningen realiserbar och möjlig att implementera i de befintliga maskinerna?

• Vilken är den erfordrade mekaniska prestandan hos det framtagna konceptet?

EMBA saknar idag ett system som sorterar bort feltryckta ark och examensarbetet har genererat en modell av ett potentiellt lösningskoncept för problemet.

• I detta skede anses konceptmodellen tillgodose de krav som ställdes på lösningen och kan därför användas i fortsatt arbete och till slut möjligen realiseras som en faktisk produkt.

Om konceptmodellen skulle realiseras till en verklig produkt skulle det ge vissa miljövinster då sorteringen av bortsorterade ark skulle effektiviseras.

8

Referenser

[1] Meriam.J.L & Kraige.L.G. (2013) Engineering mechanics Dynamics. John Wiley & Sons Singapore Pte.Ltd. Vol.7, pp.5, 24-25, 326-329.

[2] Björk, K. (2017) Formler och tabeller för mekanisk konstruktion. Spånga: Karl Björks Förlag HB. Vol.7, pp.2, 17, 22-23.

[3] Johannesson.H, Persson.J-G, Pettersson.D, Liber AB (2013). Produktutveckling effektiva

metoder för konstruktion och design. Stockholm: Liber, Vol.2, pp. 65-67, 115-122,

156-159, 183-185.

[4] Wikberg Nilsson.Å, Ericson.Å, Törlind.P, Studentlitteratur AB (2019) Design process och

metod. Lund: Studentlitteratur, 1:5, pp.129.

[5] EMBA, Hemsida för EMBA Machinery AB, Hämtad: 2021-04-25

URL: http://emba.com/about-us/

[6] DeltonGroup, hemsida för DeltonGroup, Hämtad: 2021-05-25

URL: https://pneumaticsolutions.wordpress.com/2015/05/03/how-pneumatic-cylinders-work-and-what-should-you-consider-while-buying-one/

[7] Inventor, hemsida för autodesk. Hämtad: 2021-05-15

URL: https://www.autodesk.se/products/inventor/overview?term=1-YEAR [8] Matlab, hemsida för mathworks.

Hämtad: 2021-05-15

URL: https://se.mathworks.com/products/matlab.html

[9] Olof Ronquist, en första beskrivning av problemet. Bilaga D

Bild 1 Bild 2

Bild 3

Bild 4

Figur 3. Matlabkod för att ta fram en accelerationsprofil med avseende på tid.