Abschlussarbeit Isabell Nuissl 2021

Verfasser

Isabell Nuißl

Einleitung

Im Jahr 1893 brachte „das ‚Glastechnische Laboratorium Schott und Genossen‘ (die heutige Schott AG)“ [1] nach jahrelanger Forschung die ersten äußerst hitzebeständigen Laborgläser auf den Markt. Das chemisch unempfindliche Borosilikatglas kann aufgrund seines geringen Wärmeausdehnungskoeffizient en bis zu einer Temperatur von 500 °C erhitzt werden. [1]

Durch Weiterentwicklung des Borosilikatglases hält das robuste Material Einzug in den Alltag der Verbraucher und wird auch bei der Espressomaschine „Style“ eingesetzt, um den Aufheizvorgang des Boilerwassers sichtbar zu machen.

In der Projektarbeit aus dem Wintersemester 2020/21 wurde ein Borosilikatglasboiler mit einem Boden und Deckel aus PVDF, sowie optisch nicht sichtbaren Spannhaken entwickelt [23]. Nach Abschluss der Projektarbeit wurde der Durchmesser der Heizwendel verändert, weshalb die ursprüngliche Boilerkonstruktion in dieser Bachelorarbeit an die neuen Bedingungen angepasst werden muss.

Grundlage für die Neukonstruktion des Boilers ist das neue Heizelement und die bereits angepasste Wasserwendel, auf welche die neuen Durchmesser der Borosilikatglaszylinder abgestimmt werden. Ebenfalls müssen der Boilerboden, der Boilerdeckel sowie der Verspannmechanismus den neuen Gegebenheiten angepasst und eine Dichtung für den inneren Glaszylinder entworfen werden.

Nach Abschluss der Neukonstruktionen erfolgt die Bestellung der einzelnen Komponenten mit anschließendem Zusammenbau des Prototyps.

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung/Aufgabenstellung
2. Anpassungen und Neukonstruktion der Boilerkomponenten
2.1. Anpassung des inneren und äußeren Borosilikatglaszylinders
2.2. Anpassung von Boilerdeckel und -boden sowie Abdichtung des inneren Zylinders
Anpassung des Boilerdeckels auf den größeren Durchmesser und Abdichtung
Anpassung des Boilerbodens und Integration der inneren Boilerelemente
Toleranzanalyse der Borosilikatglaszylinder
2.3. Anpassung der oberen Spannhaken und Neukonstruktion der unteren Spannhaken
2.4. Anpassung der Spannkomponenten und des Verspanndeckels
2.5. Anpassung des Boden- und Haltebleches sowie des Auffangbehälters
2.6. Ausarbeitung der Mengenstückliste für die Bestellung der Komponenten
3. Berechnungen zum Borosilikatglasboiler
3.1. Festigkeitsberechnung der Borosilikatglaszylinder
Längsspannung 𝜎𝐿
Umfangsspannung 𝜎𝑈
Radialspannung 𝜎𝑅
Vergleichsspannung 𝜎𝑉
Restliche zulässige Spannung 𝜎𝑅𝑒𝑠𝑡 nach Abzug der Wärmespannung 𝜎𝑇ℎ𝑒𝑟𝑚
3.2. Kräfte im Borosilikatglasboiler
3.3. Berechnung der Längenausdehnungen
Längenänderungen aufgrund von Erwärmung der Komponenten
Längenänderung des inneren Borosilikatglaszylinders aufgrund Krafteinwirkung
Berechnung der gesamten Längenänderung für den jeweiligen Betrachtungszustand
3.4. Nachrechnung der Tellerfeder
Angaben zur Tellerfeder
Berechnung der Kraftänderung, der erforderlichen Vorspannkraft und des Vorspannweges
3.5. Überprüfung der maximalen Kraft und dessen Federweg
3.6. Berechnung des Anzugmomentes der Schraube anhand des Vorspannweges
3.7. Berechnung der Klebeverbindung
4. Montage des Borosilikatglasboilers
4.1. Montage der inneren Boilerelemente
4.2. Montage der Spannhaken an dem äußeren Borosilikatglaszylinder
4.3. Montage der Zylinderstifte im Boilerdeckel
4.4. Montage der Unterbodenkonstruktion
4.5. Montage des inneren Borosilikatglaszylinders
4.6. Montage des äußeren Borosilikatglaszylinders am Boilerboden
4.7. Zuschnitt und Anbringen des Dämmmaterials
4.8. Montage der Spannkomponenten und des Verspanndeckels
5. Zusammenfassung/ Ausblick

Dateien

Datei:20220116 Bachelorarbeit Nuißl Isabell Espressomaschine Style Borosilikatglasboiler.pdf