Abschlussarbeit Erik Reitsam

Verfasser

Eric Reitsam

Leistungsvereinbarung

Die Bachelorarbeit umfasst die Konstruktion der Bodenplatte, des Tanks, des Unterbaus, der Elektronik und Gehäuses der Espressomaschine mit Borosilikat Glasboiler „MMM Style“. Ziel der Bachelorarbeit ist es, die Komponenten so zu konstruieren, dass sie für den Bau eines seriennahen Prototypen verwendet werden können.

Globale Arbeitspakete

Einführung von Teilenummern

Teilenummern sind einzuführen. Dafür wird eine Baugruppenaufteilung durchgeführt. Das Teilenummernkonzept muss mehrere Baugruppenebenen zulassen. Jeder Baugruppe und jedem Bauteil soll eine individuelle Teilenummer zuzuordnen sein.

Auswahl geeigneter Fertigungsverfahren

Für die Bauteile der Baugruppen Bodenplatte, Tank, Unterbau und Gehäuse werden geeignete Fertigungsverfahren ausgewählt. Die Fertigungsverfahren beziehen sich auf die Materialien PVDF, Edelstahl und Holz für Gehäuse, Griffe oder Knöpfe. Die Materialien sollen ohne Spezialwerkzeuge bearbeitet werden können. Zu den jeweiligen Fertigungsverfahren werden geeignete Lieferanten gefunden werden. Die Auswahl an Halbzeugen, welche die Lieferanten zur Bearbeitung anbieten, wird mit aufgenommen.

Unterbau

Der Unterbau umfasst die Mechatronik- und Steuerungskomponenten sowie den Anbindungsrahmen und somit alle nicht sichtbaren Baugruppen.

Alle Mechatronik- und Steuerungskomponenten müssen so unterhalb der Bodenplatte positioniert werden, dass sowohl Montage als auch Reparatur möglich sind. Hierbei handelt es sich um 14 Magnetventile, eine Pumpe mit Halter, XSSR, SSR-Insel, Netzteil, Leitwertsensor, Basisplatine, Drucksensor und ein Dosierventil. Durch die Positionierung ergeben sich ggf. Maßabweichungen gegenüber der aktuellen Festlegung. Sobald die Positionierung der Komponenten feststeht, kann der Anbindungsrahmen konstruiert werden.

Der Anbindungsrahmen ist für die nötige Steifigkeit der Espressomaschine verantwortlich und ist das Anbindungselement für alle Mechatronik- und Steuerungskomponenten.

Die Geometrie des Anbindungsrahmens ergibt sich aus der Positionierung der Mechatronik- und Steuerungselemente. Der Anbindungsrahmen besteht aus möglichst wenigen Bauteilen, die durch Biege/Falttechnik hergestellt werden.

Für den Bereich ab Arbeitsplattenoberkante abwärts stehen 85 mm Bauraum für den Unterbau zur Verfügung. Für die Auftischvariante wird die Untertischvariante in ein Gehäuse eingesetzt, daher gilt der zur Verfügung stehende Bauraum für beide Varianten. Bei Arbeitsplattenhöhen von ca. 900 mm ergibt sich zwischen Unterbau und Arbeitsplatte ein Freiraum von 70 mm. Arbeitsplatten sind mindestens 15 mm dick.

Bodenplatte

Die am Prototyp des Borosilikat Glasboilers verbaute Blechkonstruktion kann aufgrund der Anforderung an die maximale Bauhöhe von 85 mm ab Tischkantenoberseite abwärts nicht mehr verwendet werden. Daher muss eine Bodenplatte konstruiert werden, die sowohl Glasboiler als auch Tanks, Brühturm, Teewasserlanze, Dampflanze, Abtropfwanne und Abtropfgitter auf der Oberseite aufnimmt. An der nicht sichtbaren Unterseite befindet sich der Unterbau, der die Mechatronik- und Elektronikkomponenten aufnimmt. Die Bodenplatte wird baugleich für die Auftisch Variante sowie für die Untertisch Variante konstruiert.

Die Bodenplatte muss den Arbeitsplattenausschnitt und dessen Schnittkanten überdecken. Die Maximalen Abmaße der Bodenplatte sind 495 mm Länge und 352 mm Breite. Die Breite der Bodenplatte kann sich, bedingt durch die Konstruktion des Unterbaus, noch ändern.

Im Falle der Auftischvariante wird die Bodenplatte in das Gehäuse eingesetzt.

Die Durchbiegung der Bodenplatte darf 0,1 mm nicht überschreiten.

Tank

Die beiden Borosilikat Tanks sind nach vorne versetzt links und rechts neben dem Glasboiler angeordnet. Die Wassertanks haben ein Füllvolumen von mindestens 1,2 L.

Der Tank soll zur Wartung abnehmbar sein, die Verbindung zwischen Tank und Bodenplatte wird noch definiert. Es gibt handelsübliche Borosilikatrohre mit 105 +- 1,7 mm Außendurchmesser und 5 +- 0,7 mm Wandstärke. Aus den Herstellertoleranzen ergeben sich Innendurchmesser zwischen 91,9 mm und 98,1 mm und Außendurchmesser zwischen 103,3 mm und 106,7 mm (die Wandstärkentoleranz beeinflusst lediglich den Innendurchmesser, da die Außendurchmessertoleranz explizit angegeben ist). Hinzu kommt eine Rundheitstoleranz von 0,735 mm. Bei der Konstruktion des Tankbodens müssen diese Fertigungstoleranzen berücksichtigt werden.

Das Borosilikatrohr wird mit dem Tankboden verklebt. Hierfür wird der Klebstoff EA 9466 der Firma Henkel verwendet.

Der Tankboden wird aus PVDF gefertigt.

Am Tankboden muss ein ELSA Anschluss und ein Füllstandsmessstab befestigt werden. Je Tank wird ein Füllstandsmessstab verbaut. Ein Messstab für den niedrigsten Wasserstand und ein Messstab für den höchsten Wasserstand. Die beiden Wassertanks sind über eine Rohrleitung miteinander verbunden.

Der abnehmbare Deckel soll den Glaszylinder abdichten (nicht druckdicht), aber auch einfach zu entfernen sein. Bei der Variante ohne Festwasseranschluss wird der Deckel des Wassertanks abgenommen, um das Wasser direkt in den Tank zu füllen. Hierbei ist auf die Dichtheit zu achten. Das Design und Material des Deckels werden noch festgelegt.

Gehäuse

Für die Auftischvariante muss ein Gehäuse konstruiert werden, in das die Bodenplatte mitsamt den daran befestigten Komponenten eingesetzt wird. Auf der Rückseite sind Frischwasser- und Abwasseranschluss angebracht. Design und Material ergeben sich mit dem finalen Designkonzept. Die Maße des Gehäuses ergeben sich, sobald die Abmaße des Unterbaus und damit der Bodenplatte definiert sind.

Dokumentation

Einleitung

Im Zuge verschiedener studentischer Projekte und Kooperationen wurden mehrere Espressomaschinen entwickelt. Eine dieser Espressomaschinen verwendet als Designelement einen Borosilikatglasboiler. Der Borosilikatglasboiler ist zu Beginn dieser Arbeit als Prototyp vorhanden. Zusätzlich zu dem Borosilikatglasboiler werden zwei Borosilikatglastanks entworfen. Die Glaselemente werden im Sichtbereich platziert und bilden damit das Alleinstellungsmerkmal der Espressomaschine.

Die sichtbaren Komponenten befinden sich auf der Bodenplatte. Sie ist das Verbindungsstück aller Komponenten. Auf der Unterseite der Bodenplatte befindet sich das Modul Unterbau. Es beinhaltet alle elektronischen Komponenten, das Rohrleitungssystem und die Versteifungskonstruktion.

Die Espressomaschine soll in zwei Varianten erhältlich sein. Die Untertischvariante wird in eine Arbeitsplatte eingesetzt. Die Auftischvariante ist baugleich zur Untertischvariante, ist jedoch in einem Gehäuse verbaut.

Ziel der Arbeit ist es, alle genannten Komponenten zu konstruieren bzw. zu platzieren, sodass eine Prototypenfertigung möglich ist. Bei der Konstruktion der Komponenten muss auf Herstellkosten, Funktion und Montierbarkeit geachtet werden. Die Konstruktion bildet einen iterativen Prozess, durch den Änderungen sukzessive eingearbeitet werden.

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung
2. Aufbau der Glasboiler Espressomaschine „Style“
3. Tanks
3.1. Toleranzberechnung des Borosilikatglasrohres
3.2. Konstruktion des Tankbodens
3.3. Montage des Tanks
4. Bodenplatte
5. Unterbau
5.1. Konzepte für die Platzierungen
5.2. Anbindungsrahmen
5.3. Versteifungsblech
5.4. Montage der Komponenten im Unterbau
5.4. Fertigungsprüfung und Ermittlung der Herstellkosten
6. Zusammenfassung/ Ausblick

Dateien

[83] Datei:20220927 Abschlussarbeit ErikReitsam.pdf