Style-1-Zylinder:Lanzen

Daniel Hellwig, 25.11.2024

Festigkeitsnachweis Distanzhülse

Der Festigkeitsnachweis wurde geführt. Dafür ist zuerst der kritische Querschnitt $A_{krit}=97,05mm^{2}$ sowie die kleinste Wandstärke t = 1,4 mm aus den vorhandenen CAD-Dateien zur Distanzhülse ermittelt worden.

Ebenfalls musste ein Zugversuch von der Feder gemacht werden, welche im Distanzstück gegen die Kugelaufnahme drückt. Mithilfe des Hook’schen Gesetzes konnte so die Federsteifigkeit zu k = 4,0 bestimmt werden.

Bei derzeitiger Konstruktion wird die Feder im Distanzstück um 5,5mm eingedrückt. Daraus ergibt sich eine Normalspannung im kritischen Querschnitt der Distanzhülse von $\sigma _{Feder}=0,23$ Mpa

Die Berücksichtigung des Drucks erfolgt unter der Annahme des Auslegungsdrucks p = 4,5 bar. Nach der Kesselformel ergibt sich für die Scherung mit $d_{i}=20,724$ mm

$\tau ={\frac {p\cdot d_{i}}{2\cdot t}}$ = 3,34 MPa

Die Normalspannung welche aufgrund des Drucks wirkt errechnet sich zu $\sigma _{Druck}=1,25$ MPa.

Nach Addiotion der beiden Normalspannungen wird die resultierende Spannung berechnet.

$\sigma _{res}={\sqrt {\sigma ^{2}+\tau ^{2}}}=3,65$ MPa

Schließlich lässt sich sagen, dass bei diesen oder ähnlichen Auslegungen der Distanzhülse, es zu keinen Problemen bezüglich des Bruchs kommen wird.

Test der 3D-Musterteile

Die neuen 3D-Musterteile weisen konstruktive Mängel auf und müssen überarbeitet werden. Der ELSA-Anschluss lässt sich nicht ins Distanzstück einschrauben. Aufgrund der Maßtoleranzen im 3D-Druck, soll die Gewindetiefe ein wenig vergrößert werden, sodass anschließend nach erneutem Druck dieses Problem gelöst ist.

Daniel Hellwig, 21.11.2024

Die Gewinde am Adapterstück liegen als Volumenmodell konstruiert vor. Die Montage des PFA-Rohrs und des Außenrohrs über dieses Adapterstück wurde nun gelöst, indem die Bohrung im Adapterstück vergrößert worden ist. Dadurch kann das PFA-Rohr einfach hindurchgeführt werden und behindert somit auch nicht die Montage des Außenrohrs bzw. Adapterstücks. Die Änderungen der Konstruktion wurden bereits im CAD durchgeführt.

Ebenfalls wurde das G1/8 Gewinde als Volumenmodell in die Distanzhülse, zur Montage der ELSA-Anschlüsse, konstruiert.

Von beiden Teilen soll ein 3D-Test Druck entstehen.

Daniel Hellwig, 13.11.2024

Das Musterteil des Distanzstücks liegt als 3D-Druck vor. Das M20x1,5 Gewinde, welches mitgedruckt wurde, ist prinzipiell funktionsfähig. Für eine finale Version ist die korrekte Konstruktion des M25x1 Außengewindes und M20x1,5 Innengewindes erforderlich. Die Verspannung der Lanzen über eine Feder und Kugelaufnahme ist nicht gegeben. Für die Befestigung des PFA-Rohrs an das Distanzstück soll ein gerader ELSA-Anschluss verwendet werden. Das zugehörige G1/8 Zoll Gewinde muss in die Konstruktion eingebracht werden.  

Um Musterteile im 3-D-Druck herstellen zu können, wird von der Konstruktionsgruppe zur Vorbereitung eine Hülse mit M25x1 Außengewinde und M20x1,5 Innengewinde als Volumenmodell konstruiert und als STEP-Datei zur Verfügung gestellt. Daraus, und mithilfe des konstruierten Gewindes vom ELSA-Anschluss, kann dann das gewünschte Distanzstück als CAD-Modell für den 3D-Druck erstellt werden.

Die Montage des PFA-Rohrs und des Außenrohrs über ein Adapterstück an der Maschine muss noch geklärt werden. Nicht möglich ist es ebenfalls mit einem ELSA-Anschluss, dies würde sich bei der Montage nicht ausreichend verspannen lassen. Zudem müsste eins der beiden ELSA-Anschlüsse “blind” getroffen werden. Was bei gekrümmten PFA-Rohren unmöglich erscheint. Die Beschaffung des Außenrohrs ist noch ungeklärt. Möglicherweise kann dort die Hochschuleigene Werkstatt aushelfen.

Die Distanzhülse soll zumindest für den Prototypen, ggf. Dauerhaft, als 3D-Druck-Bauteil hergestellt werden. Zur Prüfung der Realisierbarkeit muss ein Festigkeitsnachweis geführt werden. Da die Lanzen über eine Feder und eine Kugelaufnahme im inneren der Distanzhülse verspannt werden, muss, falls diese Distanzhülse 3-D-gedruckt wird, eine Edelstahl Unterlegscheibe zwischen Hülse und Feder eingelegt werden.  

Daniel Hellwig, 09.11.2024

Die Überprüfung der Lanzen im CAD ergab, dass der Fehler am Befestigungsadapter noch nicht behoben wurde. Die Verschraubung erfolgt laut aktueller Konstruktion immer noch über ein M20, anstatt mit einem M20x1,5 Gewinde. Dies wurde jetzt geändert. Zur Überprüfung des Distanzstücks auf seine Funktion soll nun ein 3D-Musterteil gedruckt werden. Dabei ist zu beachten, dass das Gewinde wirklich als Volumenmodell vorhanden ist und nicht etwa “nur” auf der Oberfläche dargestellt wird, da sonst das Gewinde nicht mitgedruckt wird.

Daniel Hellwig, 04.11.2024

Um die Dampf- und Teewasserlanze zu installieren, werden Lanzenadapter benötigt. Hierfür soll ein Abgleich zwischen Realteil und Konstruktionszeichnung für Klarheit sorgen. Falls es sich um einen Konstruktionsfehler handelt, wird die Detailentwicklung zum Entwurf neuer Lanzenadapter zu Hilfe gezogen. Der Konstruktionsfortschritt wird im Wiki dokumentiert. Anschließend werden die Adapter bestellt oder über die hochschulinterne Fertigung angefragt. Am Ende müssen die Lanzen mithilfe der neuen Teile montiert werden.

Felix Kistler, 07.11.2023

Die Konstruktion der Lanzen ist abgeschlossen. Sowohl Dampf- als auch Teelanze sind bei der 1- und 2-Zylinder-Maschine identisch und werden baugleich dupliziert. Beide Baugruppen sollen in Serie vormontiert werden.

Armin Rohnen, 17.08.2023

Montage der Dampf- und Teewasserlanze

Die beiden Lanzen werden aus mehreren Einzelteilen zu Baugruppen montiert. Bei der Montage ist auf ausreichende jedoch nicht übermäßige Vorspannung zwischen Lanzenrohr und eigentlicher Lanze zu achten. Die Lanze muss über die Vorspannung einen ausreichend festen Halt besitzen, damit diese nicht selbständig ihre Lage verändert. Erreicht wird dies durch die Verschraubung der Lanzen gegen eine Spannfeder.

Die Lanzenbaugruppen werden mit der Bodenplatte verschraubt und es erfolgt eine Verrohrung zu den jeweiligen Magnetventilen.

Dokumentation

Alle erforderlichen Arbeitsschritte der Lanzenmontage sind in einer Montageanleitung zu dokumentieren.