Style-Global:Brühgruppenabdeckung

Nicolas Linner, 13.01.2025

Dieser Eintrag bezieht sich auf den Konstruktionsstand vom 13.01.2025. Um sich die Konstruktion des Vertikalhebels besser vorstellen zu können, wird ein einfaches Demo-Teil gedruckt. Anhand dieses Demo-Druckes können notwendige Änderungen erkannt und ggf. ausgebessert werden. Der 3D-Demo-Druck soll bis Montag, den 20. Januar vorliegen. Dann erfolgt auch die Diskussion darüber und es wird eine weitere Änderungsschleife durchgeführt.

1) Konstruktionsänderung an "Kappe"

Bis Dato hat die Kappe, welche das Potentiometer und dessen Befestigung verdecken soll, an jeder Seite der Unterseite Füße, die zur Befestigung an der Brühgruppenabdeckung vorgesehen sind. Zu Demonstrationszwecken werden diese Füße aus der Konstruktion entfernt. Zudem werden die Taschen, welche auf beiden Seiten der Kappe zu sehen sind, entfernt. Die Kappe wird in ihren Dimensionen ebenfalls noch geändert. Die Breite, sowie auch die Höhe und die damit verbunden Länge, werden auf ein Minimum gekürzt.

2) Konstruktionsänderung an "Halterung"

Die Halterung dient zuerst einmal zur Befestigung des Vertikalhebels und der Welle, mit der das Hohlwellenpotentiometer betätigt wird. An der Halterung ist bis Dato ein Bolzen konstruiert, der dazu dienen soll, die Funktionalität der Endschalterrasterung umzusetzen. Dieser Bolzen wird für den Demo-Druck aus der Konstruktion entfernt.

3) Konstruktionsänderung an "Vertikalhebel"

Bis Dato ist der Vertikalhebel so konstruiert, dass er aus drei einzelnen Bauteilen besteht. Diese Bauteile werden untereinander verschraubt. Für den Demo-Druck, wird eine einfache Steckverbindung (Bolzen/Loch) konstruiert, die ggf. verklebt wird. Zudem werden auch hier die Dimensionen leicht verändert. Die Maße werden auf den neuen Abstand zwischen den Halterungen angepasst, die Gesamtlänge bleibt jedoch identisch.

4) Konstruktionsänderung "Welle"

Um die ganze Konstruktion in der Breite etwas zu reduzieren ist es notwendig, die Welle, welche durch das Hohlwellenpotentiometer geht, zu verkürzen. Damit rutschen die zwei „Halterungen“ näher zusammen und die Konstruktion wird etwas schmäler.

Das Demo-Hohlwellenpotentiometer und die dafür vorhergesehene Halterung, werden nach aktuellen Konstruktionsstand als STL-Datei an Hr. Rohnen geschickt.

Vivien Denise Hoffmann, 15.07.2024

Beim Meeting wurde festgestellt, dass das Design nach wie vor nicht optimal für die Espressomaschine ist. Die vorhandenen Rundungen sollen entfernt werden. Dies erleichtert auch den Druck. Das Konzept wird nun erneut auf den Aspekt Design überarbeitet. Es muss außerdem nach wie vor eine passende Führung zur Befestigung des Displays im Inneren erstellt werden.

Der Dichtungsring wurde minimalisiert. Dies erleichtert das Drucken und Positionieren des Dichtungsrings in der Konstruktion erheblich. Mehr Material als bei dem minimalisierten Ring ist nicht notwenidg, da die Abdichtung erst durch den Anpressdruck (der hauptsächlich durch die Führung entsteht) gegeben wird.

Für den Druck ist die Nahtposition des Slicers statt “zufällig” auf ‘nächste” einzustellen. Dies soll verhindern, dass eine klare Nahtlinie in den gedruckten Bauteilen erkennbar ist. Die Verwendung eines anderen PLAs (z.B. Ebenholz) kann die Oberfläche optisch ansprechender wirken lassen. Für die Probedrücke werden aber weiterhin die bereits vorhandenen Materialien verwendet. Beim anstehenden Probedruck werden mehrere Bauteile auf der Druckplatte positioniert. Dadurch kann man viel Zeit sparen, da nicht nach jedem Einzelteil der Drucker gereinigt werden muss.

Vivien Denise Hoffmann, 01.07.2024

Es wurde im Meeting ein ausgearbeitetes Konzept für die Brühgruppenabdeckung vorgestellt. Dieses beinhaltet allerdings einige Kritikpunkte. Das Konzept muss an mehreren Punkten überarbeitet werden. Diese Punkte beinhalten, dass bei diesem Konzept nicht berücksichtigt wurde, dass durch die Rundung im vorderen Teil der Abdeckung keine Positionierung durch Aufschieben möglich ist. Stattdessen soll das Bauteil in mehrere Einzelteile unterteilt werden, die sich dann durch Stecken miteinander verbinden lassen. Es ist geplant zwei Seitenplatten und einen “Deckel” zu konstruieren. Die Seitenplatten haben an der Unterseite einen kleinen Überhang, der die Abdeckung optimaler in Position halten soll. Da die Abdeckung von oben aufgesetzt wird, muss nach einem Probedruck festgestellt werden, ob eine Verformung ausreichend möglich ist, um die Konstruktion über die bereits vorhandenen Seitenplatten zu stülpen. Die anfängliche Idee, die Abdeckung durch Federn zu befestigen könnte somit vernachlässigt werden.

Die Kappe, die das Display enthält, soll ebenfalls überarbeitet werden. Optisch passt sie aktuell nicht zum allgemeinen Design der Maschine. Um das Display sicher vor Flüssigkeiten zu schützen, muss außerdem alles dicht sein. Um dies zu schaffen, muss Druck aufgebracht werden. Diese Druckpunkte fehlen bis dato in der Konstruktion. Deshalb werden Führungen im Inneren integriert, die das Display samt seiner Halterungsplatte in genau dem Abstand halten, dass alles leicht unter Spannung steht. Falls der Druck in der Konstruktion nicht ausreicht, wäre dann am einfachsten, den Dichtungsring in seiner Dicke anzupassen. Das minimiert den Aufwand und die Druckkosten der Probedrücke erheblich. Zu diesem Zeitpunkt wird geplant, die Kappe (für das Display) um Zapfen auf der Unterseite zu erweitern, um eine Positionierung auf der Abdeckung zu vereinfachen. In der Abdeckung befinden sich dann die Negative dieser Zapfen, sodass die Displaykappe sehr leicht und schnell korrekt positioniert wird.

Vivien Denise Hoffmann, 15.06.2024

Es wurde beschlossen, dass bei der Erstellung der Konstruktion nicht notwendig ist auf das Vielfache des Düsendurchmessers zu achten. Da die Maßabweichungen des Druckers nicht verlässlich vorhergesagt werden können, werden zuerst Probedrücke gefertigt. Dann kann die Konstruktion erneut angepasst werden. Bevor die Konstruktion der Konzeptideen weiter voranschreitet, wurde beschlossen eine detaillierte Dokumentation der erarbeiteten Ergebnisse erstellt wird. Sofern es keine Einwände gibt, können ab jetzt Bauteile gedruckt werden.

Vivien Denise Hoffmann, 13.05.2024

Es wurden zwei Skizzen über mögliche Optionen angefertigt und vorgestellt. Eine der beiden Skizzen, bei der der Dichtungsring das Gehäuse umschließt wurde dabei als sinnvoller bewertet. In den gefertigten Skizzen ist der Dichtungsring komplett rund. Allerdings hat das Display an seinem unteren Ende einen kleinen Überhang. Dieser muss berücksichtigt werden, da der runde Dichtungsring so nicht passend aufgezogen werden kann. Entweder würde er sich zu sehr verformen und seine Dichtwirkung verlieren, oder aber, wenn das Material zu steif ist, erst gar nicht über den Ring passen.

Vivien Denise Hoffmann, 06.05.2024

Zu diesem Zeitpunkt wird der Vertikalhebel konstruiert. Jetzt ein Konzept für die Brühgruppenabdeckung zu erstellen wäre nicht sinnvoll. Um keine Zeit zu verlieren, wurde deshalb mit Ideen zur Integrierung des Displays begonnen. Die an der Rückseite des Displays befindlichen Schrauben sind höchst wahrscheinlich nicht zum Befestigen geeignet. Deshalb wird das Display auf eine Platte geklebt werden und ein Plan erstellt, wie die Platte optimal befestigt werden kann, um das Display fest in seiner Position zu halten und die Abdichtung gegenüber Flüssigkeiten zu gewährleisten.

Armin Rohnen, 27.04.2024

Bezüglich des Displays wurde die Entscheidung getroffen, dass dieses über einen separaten Mikrocontroller angesteuert wird. Diese MCU übernimmt dann auch die drahtlose Kommunikation der Maschine.

Vivien Denise Hoffmann, 15.04.2024

Der Vertikalhebel zum Bedienen der Maschine für eine optimale Brühzeit, muss ebenfalls in die Abdeckung integriert werden. Außerdem muss berücksichtigt werden, dass auch das Display seinen Platz auf der Abdeckung finden soll. Dabei wird der Hebel im vorderen Bereich der Abdeckung mit eingeplant und das Display im hinteren Drittel. Die Positionierung beider Teile liegt dem zugrunde, dass nur so eine komfortable Benutzung gewährleistet wird. Abgesehen von Teilen, die auf der Oberfläche der Abdeckung zu beachten sind, muss ein Microcontroller für das Display im Inneren seinen Platz finden können. Da der Microcontroller flach ist, wird mit einer nur minimalen Erhöhung um seine Breite gerechnet. Die Espressomaschine wurde im Labor vermessen und somit alle notwendigen Maße für die weitere Entwicklung in Erfahrung gebracht.

Vivien Denise Hoffmann, 15.04.2024

Die Brühgruppe soll durch eine 3D-gedruckte Abdeckung vor äußeren Einflüssen geschützt werden. Dazu wird ein Konzept angefertigt, das die Vor- und Nachteile des 3D-Drucks berücksichtigt. Sie soll außerdem aus möglichst wenig einzelnen Bauteilen bestehen, wird aber unterteilt werden, da ein Druck mit Muster nur auf der Bodenplatte möglich ist und die Teile gezielt so gedruckt werden sollen, dass die Oberfläche optimal aussieht.

Der Vertikalhebel wird in einem eigenständigen ToDo dokumentiert.

Armin Rohnen, 15.03.2024

Der Prototypenbau der Glasboilermaschine ist soweit fortgeschritten, dass die Grundlagen für die Brühgruppenabdeckungen geschaffen ist.

Rahmenbedingungen / Anforderungen für die Brühgruppenabdeckungen

Als Fertigungsverfahren ist primär 3D-Druck MJFS oder FLM vorgesehen. Dadurch ist eine Strukturierung der gedruckten Oberflächen erforderlich. Denkbar wären auch sogenannte Einleger, die dann die Sichtflächen darstellen.

Die Brühgruppenabdeckung muss ein Display aufnehmen. Das Display soll Touch-Funktion aufweisen, so dass auf Tasten verzichtet werden kann. Als Musterteile liegen ein 1,28 Inch Waveshare LCD Touch und ein 1,28 Inch mit RP2040 Mikrocontroller vor. Bevorzugt ist eine Version mit integrierten Mikrocontroller wie z. B. Waveshare 1,28 Inch Display. Aber auch separates Display mit kleinem RP2040 Mikrocontroller wären denkbar.

Neben dem Display soll ein Vertikalhebel in die Abdeckung integriert werden. Dieser soll einen oberen und unteren Anschlag besitzen, welcher sich ein kleines Stück für Schaltfunktionen überbrücken lässt (Pseudoschalter). An dem Vertikalhebel angeschlossen ist ein Drehpotentiometer, was zur Signalgewinnung dient. Über den Vertikalhebel mit seinen beiden Endlagenstellungen sollen mehrere Funktionalitäten u.a. eine Handhebelsimulation realisiert werden. Dazu soll der Hebel mit einer Feder o. ä. an den oberen Anschlag gedrückt werden.

Bezüglich 3D-Druck ist zu beachten, dass bei MJFS Druck das Volumen der umschließenden Box für die Produktionskosten Preisbestimmend ist. Das würde eine mehrteilige Konstruktion ggf. erforderlich werden.

Luca Kurbjuweit, 20.07.2022 - Ausarbeitung erstes Konzept

Die Brühgruppenabdeckung wurde als erstes Konzept umgesetzt. Das Aussehen orientiert sich an einem Designkonzept von Felix Kistler. Hierbei sollen vier Bedienelemente an der Maschinenfront und eines auf der Oberseite der Abdeckung angebracht werden. Das Display findet sich in der schrägen Frontseite der oberen Abdeckung und ist so dem Bediener zugewandt. Als Basis für die Integration des Folientasten wird ein bestehendes Tastendesign von Ludwig Ackermann verwendet, welches hier in die Abdeckungsfront eingebaut wird. Dabei soll an der Vorderseite eine gebogene dreifach-Taste verwendet werden, flankiert von zwei Einzeltasten.

Die Abdeckung ist zu Reduktion des Druckvolumens (bisher) in zwei Teilen konstruiert. Das Oberteil wird am Hauptkörper mittels Gewindeeinsaätzen angeschraubt. Dies bietet außerdem eine einfachen Zugang zu den Anschlüssen des Displays und der Tasten.

Die Anschraubung an der Brühgruppe wurde in den rechts dargestellten Abbildungen noch nicht umgesetzt.

Luca Kurbjuweit, 01.06.2022 - Kostenvergleich einzel-/mehrteilige Abdeckung

Zur Orientierung für die Umsetzung der Brühgruppenabdeckung wurde für eine erste Version eine Kostenermittlung bei Xometry durchgeführt. Dabei ging es darum, ob sich (und falls ja wie stark) die Fertigungskosten unterscheiden, wenn die Abdeckung als ein ganzes Teil gedruckt wird, oder in mehreren Einzelteilen. Die Kosten des Einzelteils sind leicht höher mit ca. 175 €, gegenüber den Kosten der mehrteiligen Version mit ca. 155 € (Diese Werte dienen nur als Vergleich!).

Eine Aufteilung in drei Einzelsektionen würde einen Steckmechanismus, sowie warscheinlich eine größere Zahl an Anschraubpunkten benötigen, welche das Design verkomplizieren. Außerdem ist das optische Erscheinungsbild unsauberer. Es bleibt zu klären, ob die gesparrten Kosten dies rechtfertigen.

Luca Kurbjuweit, 17.05.2022 - Bauraum und Mindestmaße

Die minimale Größe der Abdeckung ergibt sich aus der Geometrie der freitragenden Brühgruppe. In den folgenden Abbildungen werden diese Abmaße nach aktuellem Stand visualisiert. Es wurde exemplarisch eine Wandstärke von 5mm angenommen. Daraus ergibt sich eine Größe von 110 x 275 x 70,5 mm.

Luca Kurbjuweit, 17.05.2022 - Konstruktionsrichtlinien und Fertigungsverfahren

Die Brühgruppenabdeckung soll als Einzelteil aus PA12 im HP Multijet Fusion Verfahren 3D-gedruckt werden. Für dieses Verfahren wurden einige Konstruktionsrichtlinien bei Xometry recherchiert.

• Bauraum: Bis zu 380 x 284 x 380 mm - empfohlen max. 356 x 280 x 356 mm
• Mindesgröße Details: 0,5 mm - empfohlen 0,7 mm
• Toleranz: +/- 0,2 mm
• Mindestwandstärke: 0,7 mm
• Rillenabstände: mind. 0,5 mm

Materialeigenschaften PA12

• Zugfestigkeit: 48 MPa
• E-Modul: 1,7 GPa
• Dichte: 0,93 g/cm3

Luca Kurbjuweit, 10.04.2022 - Anforderungen

Die freitragende Brühgruppe muss von einer Abdeckung umschlossen werden. Diese dient zur visuellen Abschirmung der funktionellen Komponenten. Es ist darauf zu achten, dass sie sich nahtlos in den Stil des Gesamtdesigns der Maschine einfügt. Das grundlegende Design wird von Felix Kistler entworfen. In der Abdeckung müssen Löcher für den Einbau von Tasten und eines Displays berücksichtigt werden [siehe Rohnen 15.03.2022]. Die Verrohrung der Brühgruppe muss platztechnisch einkalkuliert werden. Auch muss genug Abstand über der Brühgruppe vorhanden sein, um ein in Brühgruppennähe zu montierendes Magnetventil unterzubringen (siehe Abbildung - nicht maßstabsgetreu).

Armin Rohnen, 15.03.2022

Die freitragende Brühgruppe benötigt eine Abdeckung. Darin sind 6 Stck. Einzeltasten (FTWS-01, Wöhr GmbH) mit zusätzlichen druckknöpfen und ein rundes OLED-Display (EA W128128-XRLG, Display Visions) zu integrieren.