Design process of a cardboard cup modifier

Abstract

In this thesis, the design process of a cardboard cup modifier, for client company’s needs is presented. In the design, various suitable solutions for making the required modifications, and handling the cups through the process are presented, evaluated, and compared. The solutions, most suited for the company requirements are selected and designed using as much readily available components as possible. Emphasis is given especially for production reliability, serviceability and simple manufacturing and assembly. The machine needs to be able to separate each cup individually from a pile fed to the machine, make holes through the cup floor, remove sections of the skirt, and then restack the cups as they were.

The outcome of the iterative process is a pneumatic machine to which stacks of cups are fed from the top. Next step in the machine separates the cups, with the help of gravity, feeding them one at a time into the first chamber of a three chambered revolver. After the revolver has turned to its second position the floor is pierced from inside out and the skirt is notched in several places to ensure the functionality in the intended end use. In the revolver’s third position the cup is ejected with an air nozzle through a pipe to a stack in a designated location. Then the revolver turns a third time returning the chamber in the starting position for a new cup to be inserted. In reality the machine handles three cups simultaneously between the rotations, one in each step of the process. As one is placed in the revolver, the second is being modified and the third is being ejected out of the machine.

The finished prototype model fulfills all the requirements set by the company, albeit being able to only handle the largest specified size of cups. Either adapters and smaller tools can be manufactured into the same frame, or the machine can completely be scaled down to properly suit the smaller sized cups the company needs to handle in their production.

Tässä työssä käydään läpi kartonkikuppien muokkauskoneen suunnitteluprosessi vastaamaan toimeksiantajayrityksen tarpeita. Suunnittelussa pyritään löytämään toimintavarmat ratkaisut kuppien muokkaukseen ja käsittelyyn, käyttäen mahdollisimman paljon valmiina saatavilla olevia ratkaisuja ja komponentteja. Erityistä huomiota kohdistetaan myös laitteen yksinkertaiseen toimintaan, huollettavuuteen ja helppoon valmistettavuuteen, sekä kokoonpanoon. Laitteen tulee kyetä erottelemaan kupit toisistaan, rei’ittämään niiden pohjat, poistamaan palat alareunan sokkelista, ja pakkaamaan kupit uudelleen pinoon käsittelyn jälkeen. Useita vaihtoehtoisia ratkaisuja näiden tavoitteiden saavuttamiseen tarkastellaan ja vertaillaan sopivimpien löytämiseksi.

Iteratiivisen suunnitteluprosessin edetessä päädytään paineilmatoimiseen laitteeseen, johon kuppipino syötetään ylhäältä, jonka jälkeen kone erottaa pinosta yhden kupin kerrallaan painovoimaa hyödyntäen. Yksittäiset kupit putoavat kolmepesäisen revolverin ensimmäiseen pesään. Revolverin käännyttyä toiseen asentoonsa kuppien pohjat lävistetään sisältä ulospäin, ja alareunan taitos lovetaan useasta kohtaa, käyttötarkoituksen mukaisen toiminnan takaamiseksi. Kolmannessa asennossa kupit puhalletaan paineilmalla ylös koneesta, haluttuun paikkaan reititettyä putkea pitkin pinoon. Tämän jälkeen tyhjä pesä pyörähtää takaisin ensimmäiseen asentoon, ja uusi kuppi voidaan syöttää. Kone käsittelee kolmea kuppia kerrallaan revolverin kääntöjen välissä. Yksi on ladattavana revolveriin, toinen työstettävänä ja kolmatta puhalletaan pois koneesta.

Lopputulos saavuttaa täysin sille asetetut vaatimukset, mutta se sopii vain tietyn kokoisten kuppien käsittelyyn. Siihen on kuitenkin mahdollista joko valmistaa komponentit myös pienempien kuppien käsittelemiseksi, tai se voidaan kokonaisuudessaan skaalata eri koon kupeille, joita toimeksiantajayrityksen on tuotannossaan käsiteltävä.