Abschlussarbeit Felix Kistler

Verfasser

Felix Kistler

Aufgabenanalyse

Für die Gastro-Variante der Siebträger-Espressomaschine MMM Style soll die bestehende Konstruktion der Heim-Variante erweitert werden. Die Gastro-Variante soll über drei Tanks, zwei Boiler und zwei Brühtürme verfügen, um im gastronomischen Betrieb effizienter Kaffee beziehen zu können. Beim Einbau der Maschine in die Arbeitsfläche soll maximal eine Schublade stillgelegt werden. Als maximale Einbautiefe werden 520 mm veranschlagt, die sowohl die Heim- als auch die Gastro-Variante nicht überschreiten darf. Das Maß ergibt sich aus 105 mm Schubladentiefe sowie einer minimalen Arbeitsplattendicke von 20 mm abzüglich einer Reserve von 20 mm. Die Konstruktion der 2-Zylinder-Maschine erfolgt auf Basis der Konstruktion der 1-Zylinder-Maschine. Die Baugruppen Boiler, Tanks sowie Dampf- und Teelanze können für die 2-Zylinder-Maschine weitestgehend unverändert übernommen werden. Die Baugruppen Brühturm, Abtropfbereich, Bodenplatte und Unterbau hingegen müssen für die 2-Zylinder-Maschine adaptiert werden. Im Zuge dessen ändert sich die Leitungsführung und die Platzierung einiger Sensoren, Aktoren und Ventile.

Arbeitspaket Gruppierung der Bauteile

Die Teilenummern ergeben sich aus dem Teilenummernkonzept und die Bauteile an sich haben eine fortlaufende Nummer. Die einzelnen Maschinenprojekte (Glasboiler 1-Zylinder, Glasboiler 2-Zylinder, labortechnische Espressomaschine) werden Gleichteile, Gleichkomponenten und gleiche Baugruppen verwendet. Aufgrund der Baugleichheit ist die Gruppierung von Bauteilen zu Komponenten, Komponenten zu Baugruppen und die Zuordnung von einzelnen Bauteilen zu Baugruppen so zu organisieren, dass diese Gleichheit in den Teilelisten zu erkennen ist.

Arbeitspaket Maschinenkonzept 2-Zylinder-Maschine

Im Zuge der Abschlussarbeit ist eine detaillierte Konzeptbeschreibung der 2-Zylinder-Maschine zu erstellen. Alle Anforderungen und Funktionalitäten der Maschine sollen darin umfassend dokumentiert werden. Die Anforderungen an die 2-Zylinder-Maschine sollen in einem Pflichtenheft bzw. einer Anforderungsliste dokumentiert werden. Auch die Zielvereinbarungen zu Herstellkosten und angestrebtem Verkaufspreis sowie den Limitierungen in der Wahl von Materialien und Produktionsmethoden soll in die Konzeptbeschreibung mit aufgenommen werden.

Arbeitspaket Glasboiler

In Serie gehört der Boiler zu jenen Baugruppen, die vormontiert werden sollen. Im Zuge des Prototypenbaus ergab sich eine geringfügige konstruktive Änderung im Boilerboden, die in dieser Abschlussarbeit vollzogen werden soll. Ansonsten gilt die Konstruktion des Boilers als abgeschlossen, sodass die Baugruppe für die 2-Zylinder-Maschine dupliziert werden kann. Im Zuge dessen müssen die Leitungen beider Boiler verlegt und in das Leitungssystem der 2-Zylinder-Maschine integriert werden.

Arbeitspaket Tank

Beide Tanks der 1-Zylinder-Maschine sollen mithilfe von Gleichteilen aufgebaut werden. Die bestehende Konstruktion des Tankbodens muss für die Serienfertigung überarbeitet werden, da die Tankböden des linken und rechten Tanks der 1-Zylinder-Maschine nicht identisch sind. In der gegenwärtigen Konstruktion fehlt der Tankdeckel. Dieser soll im Zuge der Abschlussarbeit konstruiert und eine Bezugsquelle dazu definiert werden. Die Tanks können für die 2-Zylinder-Maschine baugleich übernommen werden.

Arbeitspaket Brühturm

Die Gastro-Variante weist über zwei Brühgruppen auf, die individuell voneinander betrieben werden. Aus dem Prototypenbau der 1-Zylinder-Maschine werden sich Änderungen in der Baugruppe Brühturm ergeben. Dies betrifft vor allem die Leitungsverlegung und die Sensorik. Die Änderungen aus dem Prototypenbau müssen in die CAD-Modelle übernommen werden.

Arbeitspaket Abtropfschale 2-Zylinder

Die 2-Zylinder-Maschine wird für den Bereich der Gastronomie angeboten. Dort ist es üblich, dass die Abtropfschale an die Abwasserleitung angeschlossen wird. Nachdem eine Duplizierung der 1-Zylinder-Variante nicht möglich ist, ist eine eigenständige Konstruktion erforderlich.

Arbeitspaket Unterbau 2-Zylinder

Durch die Verbreiterung der Maschine bedarf es einer Neukonstruktion der Blechteile, die der Befestigung der Leitungen und Komponenten unterhalb der Bodenplatte dienen. Das gilt für die Teile Anbindungsrahmen und Versteifungsblech Unten. Auch die Komponentenanordnung und Leitungsführung im Unterbau muss überarbeitet werden. Basis für die Komponentenanordnung und Leitungsführung im Unterbau der 2-Zylinder-Maschine soll der Unterbau der 1-Zylinder-Maschine sein.

Arbeitspaket Bodenplatte 2-Zylinder

Die Bodenplatte der 1-Zylindermaschine muss an die Anforderungen der 2-Zylinder-Maschine angepasst werden. Dazu gehört die Definition der Dimensionen sowie das Erstellen der Blechausschnitte für die hinzukommenden Komponenten. Die Blechausschnitte für die einzelnen Komponenten sollen so positioniert werden, dass das Blech trotz der Ausschnitte eine möglichst hohe Biegesteifigkeit aufweist.

Arbeitspaket Lanzen

Die Konstruktion der Lanzen ist abgeschlossen. Sowohl Dampf- als auch Teelanze sind bei der 1- und 2-Zylinder-Maschine identisch und können baugleich dupliziert werden. Beide Baugruppen sollen in Serie vormontiert werden. Ausstehend ist die Konstruktion der Bedienknöpfe, welche jedoch nicht im Zuge der Abschlussarbeit vorgenommen werden soll.

Kostenkalkulation und Kostenoptimierung

Für sowohl die Heim- als auch die Gastro-Variante ist die Fertigung in Serie in kleinen Stückzahlen geplant. Um die Wirtschaftlichkeit beider Maschinen-Varianten zu gewährleisten, müssen niedrige Herstellkosten realisiert werden. Für die 1-Zylinder- und 2-Zylinder-Maschine sind Zielkosten definiert. Es sollen Maßnahmen abgeleitet werden, wie eine wirtschaftliche Fertigung beider Maschinentypen in Kleinststückzahlen möglich ist.
Neben der Konstruktion der 1- und 2-Zylinder-Maschine sollen für beide Maschinenvarianten eine Analyse der Herstellkosten und damit einhergehend eine Kostenoptimierung durchgeführt werden. Sobald eine Abschätzung der zu erwartenden Herstellkosten je Maschine in Serienfertigung vorliegt, sollen Kosteneinsparungspotenziale ermittelt werden.

Zielvereinbarung

Die Abschlussarbeit umfasst die technische Entwicklung aller Komponenten einer Siebträger-Espressomaschine für den gastronomischen Betrieb. Die Entwicklung ist so weit voranzubringen, dass im Anschluss mit dem Prototypenbau und der Inbetriebnahme fortgefahren werden kann. Dazu soll das bestehende Konzept der Home-Variante mit einer Brühgruppe, einem Boiler und zwei Tanks auf die Gastro-Variante mit zwei Boilern, zwei Brühgruppen und drei Tanks skaliert werden. Für die 2-Zylinder-Maschine soll eine detaillierte Konzeptbeschreibung erstellt werden.

Die Entwicklung der Baugruppen Boiler, Tanks und Lanzen ist abgeschlossen, sodass diese weitestgehend unverändert übernommen und dupliziert werden können. Die zugehörige Verrohrung der Baugruppen Boiler und Lanzen muss auf die 2-Zylinder-Variante adaptiert und im CAD-Modell hinterlegt werden. In der Baugruppe Boiler soll der Boilerboden angepasst werden. Um die Bohrungen für die Wasserwendel wird eine Nut benötigt, da sich die Muffen nicht weit genug auf die Schneidringverschraubungen schrauben lassen. Die Muffen wurden im Zuge des Prototypenbaus durch Gerade-Aufschraub-Verschraubungen von AVS Römer (Bestell-Nr. 385064) ersetzt, da diese eine einfachere Leitungsführung und eine bessere Abdichtung durch den vorhandenen O-Ring ermöglichen. Die CAD-Datei der 1-Zylinder-Maschine soll entsprechend aktualisiert werden. In das CAD-Modell der 2-Zylinder-Maschine soll der angepasste Boiler übernommen und dupliziert werden. In der gegenwärtigen Konstruktion der Tanks der 1-Zylinder-Maschine fehlt der Tankdeckel. Dieser soll im Zuge der Abschlussarbeit konstruiert werden. Zum Abdichten wird eine Gummidichtung benötigt, die über eine entsprechende Nut an der Unterseite des Deckels geführt wird. Die Oberseite des Deckels soll eine Struktur aufweisen, die das Greifen und Abnehmen des Deckels mit mindestens zwei Fingern ermöglicht. Es muss ein Lieferant für die Gummidichtung definiert werden. Der Tankboden soll über alle Tanks hinweg als Gleichteil ausgeführt werden. Dafür müssen die beiden Bohrungen für Zulauf und Füllstandssensor zentral in die Mitte verlagert werden. Die Konstruktion der Dampf- und Teelanze ist abgeschlossen, sodass beide Lanzen baugleich in das CAD-Modell der 2-Zylinder-Maschine übernommen werden können. Für die Baugruppen Brühturm, Abtropfwanne, Bodenplatte und Unterbau der 2-Zylinder-Maschine werden Neukonstruktionen benötigt. Der rechte Brühturm der 2-Zylinder-Maschine ist für den Kaffee- und Teewasserbezug bestimmt und damit identisch zum Brühturm der 1-Zylinder-Maschine. Der linke Brühturm ist ausschließlich für den Kaffeebezug bestimmt, wodurch das Umschaltventil Y09 entfällt. Dies resultiert in veränderter Leitungsführung im linken Brühturm.

Die Abtropfwanne der 2-Zylinder-Maschine wird, wie bei Gastro-Maschinen üblich, direkt an einen Abwasseranschluss angeschlossen, wodurch ausschließlich das im täglichen Betrieb anfallende Schmutzwasser aufgefangen und abgeleitet werden muss. Es bedarf einer Neukonstruktion von Abtropfwanne und Schmutzwassersammelblock für die 2-Zylinder-Maschine. Auch die Blechteile Anbindungsrahmen und Versteifungsblech im Unterbau sowie die Bodenplatte müssen neu konstruiert werden, da diese sich grundlegend von der Konstruktion der 1-Zylinder-Maschine unterscheiden. Die Komponentenanordnung und Leitungsführung im Unterbau muss entsprechend überarbeitet werden. Grundlage für die Komponentenanordnung und Leitungsführung im Unterbau der 2-Zylinder-Maschine ist der Unterbau der 1-Zylinder-Maschine.

Für die 1- und 2-Zylinder-Maschine ist die Fertigung in Serie in kleinen Stückzahlen geplant. Um die Wirtschaftlichkeit der Maschinen zu gewährleisten, müssen niedrige Herstellkosten realisiert werden. Daher soll für beide Maschinenvarianten eine Analyse der Herstellkosten und damit einhergehend eine Kostenoptimierung durchgeführt werden. Sobald eine Abschätzung der zu erwartenden Herstellkosten je Maschine in Serienfertigung vorliegt, sollen Kosteneinsparungspotenziale definiert werden. Anschließend werden relevante Teile einer Analyse zur Kostenoptimierung unterzogen und Maßnahmen abgeleitet, wie deren Herstellkosten optimiert werden können, um die Gesamtherstellkosten der Maschine zu reduzieren. Diese Maßnahmen werden als Empfehlung für den weiteren Entwicklungsverlauf dokumentiert.

Protokolle und Dokumente

Rücksprache 02.11.2023
Rücksprache 16.11.2023
Rücksprache 07.12.2023
Rücksprache 21.12.2023
Rücksprache 11.01.2024
Rücksprache 25.01.2024
Rücksprache 08.02.2024
Rücksprache 22.02.2024
Rücksprache 07.03.2024
Rücksprache 21.03.2024
Rücksprache 04.04.2024
Rücksprache 18.04.2024
Rücksprache 02.05.2024
Rücksprache 16.05.2024
Rücksprache 30.05.2024
Abschlusspräsentation 13.06.2024