Anbindungsrahmen
Der Anbindungsrahmen dient als Befestigungselement für alle nicht sichtbaren Komponenten der Espressomaschine.
Stefanie Diener, 13.02.2023 - Anpassungen Versteifungsblech
VersteifungsblechDas Versteifungsblech des Unterbaus wird aufgrund konstruktiver Änderungen anderer Bauteile angepasst.
Abtropfwanne
Die Lagesicherung der Abtropfwanne durch einen neuen Mechanismus umgesetzt, welcher mithilfe eines schwenkbaren Hebels funktioniert (Details siehe [Martin Aspacher, 08.01.2023 – Mechanismus für die Lagesicherung der Abtropfwanne]). Dadurch ergeben sich folgende Änderungen am Versteifungsblech:
① Aussparung Hebel: Um Platz für den Hebel und dessen Schwenkbewegung zu schaffen, wird eine Aussparung im Versteifungsblech oberhalb der Abtropfwanne angebracht. Durch diese führt der Hebel vom Inneren des Unterbaus in die Abtropfwanne.
② Aussparung Schrittmotor: Der Hebel wird durch einen Schrittmotor betrieben. Dieser wird am Versteifungsblech befestigt. Dafür werden zwei Langlochbohrungen angebracht, sodass der Motor ohne notwendige Vorpositionierung montiert werden kann.
Brühturm
③ Die Aussparung für den Brühturm wird zur einfacheren Montage angepasst. So ist eine separate Montage von Brühturm und Bodenplatte sowie Bodenplatte und Versteifungsblech möglich.
Ventilhalterungen
④ Durch die Umpositionierung der Ventile und Leitungen im Unterbau werden die Ventilhalterungen hinzugefügt beziehungsweise neu positioniert.
Stefanie Diener, 13.02.2023 - Anpassungen Anbindungsrahmen =
Anbindungsrahmen
Bei der bisherigen Konstruktion des Anbindungsrahmen ergaben sich Unzulänglichkeiten bei der Fertigungsprüfung. Daher mussten kleine konstruktive Anpassungen vorgenommen werden, wie beispielsweise das Einfügen von Entlastungsschnitten. Außerdem ergaben sich durch Änderungen der Ventilanordnung im Unterbau sowie Änderungen weiterer Baugruppen. Die nebenstehende Abbildung zeigt im Vergleich den vorherigen Stand (links) und den neuen Konstruktionsstand (rechts).
① Abtropfwanne: Aufgrund der veränderten Positionierung der Abtropfwanne unter dem Bodenblech ergibt sich eine Anpassung der Aussparung hierfür.
② Brühturm: Die Aussparung für den Brühturm wird zur einfacheren Montage angepasst. So ist eine separate Montage von Brühturm und Bodenplatte sowie Bodenplatte und Versteifungsblech möglich.
③ Ventilhalterungen: Durch die Änderungen der Komponentenplatzierung im Unterbau wurde die Ventilhalterung für das 2/2-Wege-Magnetventil Y01 (Festwasseranschluss) angepasst.
④ Aussparungen Tank: Um Kollisionen des Füllstandsensors mit Ventilen und Leitungen im Unterbau zu verhindern, musste die Position des Sensors und der Abflussbohrung im Tank verändert werden. Daher wurde auch die Aussparung im Anbindungsrahmen angepasst.
Weitere Änderungen: Die Maße des Anbindungsrahmens haben sich durch die Verlängerung der Bodenplatte leicht verändert. Um die Fertigung durch Biegen zu ermöglichen, mussten kleine konstruktive Änderungen vorgenommen werden. Dazu gehören das Hinzufügen von Entlastungsschnitten und das Einhalten der Mindestlaschenlänge. Außerdem mussten einige Laschengrößen angepasst werden, um Überschneidungen beim Abwickeln sowie Kollisionen mit den Biegewerkzeugen zu verhindern.
Erik Reitsam, 19.09.2022 (Abschlussbemerkung)
Der die in der FEM-Simulation errechnete Durchbiegung entspricht nicht der Anforderung, daher muss ein zusätzliches Bauteil, das Versteifungsblech konstruiert werden. An dem Versteifungsblech müssen die Magnetventile Y02, Y04, Y05, Y06, Y12 und Y13 befestigt werden.
Das Versteifungsblech ist ein Blechbauteil aus Edelstahl – 1.4301, mit einer Materialstärke von 2 mm. Die oberen beiden nach innen gebogenen Laschen werden zusammen mit dem Versteifungsblech, dem Anbindungsrahmen, der Bodenplatte und dem Brühturm verschraubt. Hierfür werden die Schrauben und Stifte genutzt, die für die Befestigung des Brühturms vorgesehen sind. Zusätzlich wird das Versteifungsblech an beiden Seiten mit dem Anbindungsrahmen befestigt. Dafür befinden sich in den Laschen an der linken und rechten Seite des Versteifungsblechs je zwei Bohrungen. Beide Bauteile werden über Zylinderschrauben ISO 4762 – M3 x 8 – A2-70 und Sechskantmuttern ISO 4032 – M3 – A2-70 miteinander verschraubt. Die zur Bodenplatte senkrecht ausgerichteten Blechlaschen des Versteifungsblechs wirken der Durchbiegung der Bodenplatte entgegen.
Von drei Stellen des Bauteils gehen in einem 90° Winkel Blechlaschen ab, die wiederum im rechten Winkel gebogen sind. Sie sind mit Langlöchern zur Befestigung der Magnetventile versehen. Jedes Langloch des Versteifungsblechs ist jeweils um 90° gegenüber denen des Befestigungswinkels des zugehörigen Magnetventils gedreht. Das ermöglicht ein beliebiges Verschieben der Magnetventile entlang der Fläche der Blechlasche, an der sie befestigt sind. Die Magnetventile Y02, Y04, Y05, Y06, Y12 und Y13 sind am Versteifungsblech verschraubt. Die Magnetventile Y06 und Y13 sind an derselben Blechlasche befestigt. Deshalb sind dort zwei Langlöcher angebracht.
An den Anbindungsrahmen wurden nach Fertigstellung des Versteifungsblechs Blechlaschen hinzugefügt, an denen das Versteifungsblech seitlich angeschraubt werden kann.
Versteifungsblech und Anbindungsrahmen müssen geprüft werden, ob diese fertigbar sind. Eine Prüfung der Firma Blexon [Lieferant 6] ergibt, dass beide Bauteile gefertigt werden können. Ein Angebot zur Bestimmung der Herstellkosten wird eingeholt und die Bauteile wurden bestellt. Damit ist die Konstruktion des Anbindungsrahmens und Versteifungsblechs abgeschlossen.
Erik Reitsam, 31.07.2022 =
FEM-Simulation
Der Anbindungsrahmen und eventuell notwendige zusätzliche Komponenten müssen für die Steifigkeit der Maschine sorgen. Die maximale Belastung, die für eine Durchbiegung der Komponenten sorgt, ergibt sich aus den Kräften, welche beim Einsetzen des Siebträgers eingebracht werden. Für diesen Belastungsfall greift am äußersten Punkt des Siebträgers eine Kraft von 100 N in vertikaler Richtung an. Am selben Punkt greift zusätzlich eine horizontale Kraft von 75 N an. Der Hebelarm von der Wirkungslinie der jeweiligen Kräfte zum Drehpunkt an der Bodenplatte beträgt 386 mm. Dieses Maß ergibt sich aus der horizontalen Länge des Brühturms (155 mm) und der Länge des Siebträgers (231 mm). Durch die Kräfte entstehen zwei Momente, die auf die Bodenplatte und den Unterbau wirken. Die Momente betragen 28,95 Nm um die vertikale Achse und 38,6 Nm um die horizontale Achse.
Die Bodenplatte mitsamt dem Unterbau wurden dafür in einer Baugruppe im Rahmen der FEM-Simulation mit dem Programm Autodesk Inventor zusammengefügt. Als Verbindung zwischen Bodenplatte und Anbindungsrahmen wurden alle Schraubenverbindungen gewählt, die auch später genutzt werden sollen. Anstelle der direkten Krafteinleitung über den Brühturm wurde ein Ersatzbauteil konstruiert, auf das direkt die Momente aufgebracht werden können. Das hat den Vorteil, dass die größten Verschiebungen nicht in der Brühgruppe auftreten und somit die Auswertung der Verschiebungen der Bodenplatte und des Anbindungsrahmens erschweren. Die Kräfte werden über die Bodenplatte und den Anbindungsrahmen in die Tischplatte übertragen. Die Bodenplatte hat je Seite 5 mm Überstand zum Arbeitsplattenausschnitt. Über diese Auflagefläche werden die Kräfte, die auf die Maschine einwirken auf die Tischplatte übertragen.
Die Maximalen Durchbiegungen der Bodenplatte betragen 0,00035 mm in x-Richtung, 0,00066 mm in y-Richtung und 0,2286 mm in z-Richtung.
Das Ergebnis der FEM-Simulation zeigt, dass die Bauteilkombination Bodenplatte und Anbindungsrahmen ausreichen, um eine geringe Durchbiegung zu garantieren. Somit ist kein drittes Bauteil notwendig, um eine geringe Durchbiegung zu erreichen.
Erik Reitsam, 28.07.2022 =
Der Anbindungsrahmen ist so entworfen worden, dass Netzteil, Pumpe und Platinen fixiert werden können. Für Magnetventile gibt es bisher noch keine Informationen zu deren Befestigungsart.
Befestigung Netzteil
Das Netzteil LRS 150-24 hat Stirnseitig drei Innengewinde M3, 5mm tief zu dessen Befestigung. Es sollen Senkkopfschrauben verwendet werden. Das Netzteil wird mit dem Anbindungsrahmen (2 mm Wandstärke) verschraubt. Die Höhe des Schraubenkopfes einer M3 Senkkopfschraube beträgt 1,9 mm. Das Gewinde im Netzteil sollte möglichst komplett genutzt werden. Verfügbare Schraubenlängen der Firma Würth für M3 Senkkopfschrauben, die in Frage kommen, sind 5, 6 und 8 mm. Eine Schraubenlänge von 6 mm wurde gewählt, da diese mit 4,1 mm Einschraubtiefe in dem Netzteil das Gewinde am besten nutzt, ohne darüber hinaus zu schauen. Das Netzteil wird mit drei Senkschrauben ISO 10642 - M3 x 6 -A2-70 befestigt. Dabei liegt das Netzteil mit der langen Stirnseite am Anbindungsrahmen an. Im Anbindungsrahmen sind dafür Senkungen nach DIN 74 - F12 an den 3,4 mm Durchgangsbohrungen (Reihe Mittel) angebracht.
Befestigung Platinen
Die Platinen werden über Abstandsbolzen mit M2,5 Gewinde am Anbindungsrahmen befestigt. Das Durchgangsloch (Reihe Mittel) für die Abstandsbolzen im Anbindungsrahmen hat einen Durchmesser von 2,9 mm. Platinen dürfen nicht auf der Blechoberfläche aufliegen, ein Abstand von mindestens 2 mm ist zu gewährleisten. Die kleinsten Abstandsbolzen sind 5 mm lang und haben ein 2,5 mm langes Innengewinde auf der einen Seite sowie ein 6 mm langes Außengewinde auf der anderen Seite. Diese Abstandsbolzen werden für die SSR-Insel verwendet. Dabei sitzt das Außengewinde in der dazugehörigen Bohrung im Anbindungsrahmen und wird mit einer Sechskantmutter M2,5 verschraubt. Die Platine liegt auf vier Abstandsbolzen auf und wird je über eine Zylinderkopfschraube M2,5 x 4 - A2-70 mit dem Abstandsbolzen verschraubt. Messplatine und Basisplatine haben dieselben Abmaße und werden über Abstandsbolzen in einem Abstand von 35 mm zueinander Befestigt. Die erste Platine wird auch mit vier M2,5 Abstandsbolzen der länge 5 mm an dem Anbindungsrahmen befestigt. Hier müssen die Abstandsbolzen jedoch anders herum platziert werden, sodass das Außengewinde durch die Platinen Bohrung ragt. Entsprechend wird der Abstandsbolzen über über eine Zylinderkopfschraube M2,5 x 4 - A2-70 mit dem Anbindungsrahmen verschraubt. Die Platine wird nun über einen 20 mm langen M2,5 Abstandsbolzen mit dem 5 mm langen Abstandsbolzen verschraubt. In den 20 mm langen Abstandsbolzen wird nun ein 15 mm langer Abstandsbolzen eingeschraubt. Darauf wird die zweite Platine platziert und mit einer Mutter M2,5 verschraubt. Die 5 mm langen Abstandsbolzen müssen hier anders herum verbaut werden, da das Innengewinde nur 2,5 mm lang ist. Würde hier ein anderer Abstandsbolzen eingeschraubt werden, könnte die Platine so nicht geklemmt werden, da die beiden Auflageflächen 3,5 mm Abstand zueinander haben, die Platine aber nur 1,7 mm dick ist.
Erik Reitsam, 04.08.2022
Die errechnete Durchbiegung der FEM-Simulation von 0,23 mm ist größer als die geforderte maximale Durchbiegung von 0,1 mm. Daher wurde ein zusätzliches Blechbauteil entworfen, welches sowohl für die nötige Steifigkeit der Maschine sorgen soll als auch als Befestigungsblech für die Magnetventile im Unterbau dient.
Dieses Versteifungsblech befindet sich im vorderen Teil der Maschine. Die Vorderseite des Blechs ist bündig zu der hinteren Schnittkante des Ausschnitts für die Abtropfwanne. Auf der Vorderseite des Blechs befindet sich ein rechteckiger Ausschnitt für Schmutzwasserleitungen. Von dem mittleren, rechteckigen Teil auf der Vorderseite des Versteifungsblechs ist links und rechts je eine Versteifungslasche nach hinten gebogen.
An den Oberkanten der Versteifungslaschen ist je eine Befestigungslasche nach innen gebogen. Diese beiden horizontal liegenden Befestigungslaschen treffen mit einem Abstand von 2 mm aufeinander. Sie bilden das Lochbild der Befestigungsbohrungen des Brühturms ab. Die Befestigungslaschen des Versteifungsblechs werden mit dem Anbindungsrahmen, der Bodenplatte und dem Brühturm verschraubt. Dafür können die bereits ausgewählten M6 Schrauben und Spannstifte verwendet werden.
Die linke Versteifungslasche ist als Rechteck ausgeführt, da diese zusätzlich als Befestigungsfläche für das Magnetventil Y04 dient. Die rechte Versteifungslasche ist aufgrund einer Rohrleitung und eines Magnetventils platzbedingt kleiner ausgeführt.
Die Versteifungslaschen übertragen die Kräfte, die auf den Brühturm wirken, auf den vorderen Teil des Versteifungsblechs. Im vorderen Teil des Versteifungsblechs verläuft der Lastfluss über je einen Blechstreifen links und rechts über je eine 90°-Lasche in den Anbindungsrahmen.
An den 90°-Laschen sowie am Anbindungsrahmen befinden sich je zwei Bohrungen mit einem Durchmesser von 3,4 mm. Über diese Bohrungen werden Anbindungsrahmen und Versteifungsblech mit insgesamt vier Zylinderkopfschrauben ISO 4762 - M3 x 8 - A2-70 und vier Sechskantmuttern ISO 4032 - M3 - A2-70 verschraubt.
Zur Befestigung der Magnetventile sind drei Laschen an unterschiedlichen Stellen des Versteifungsblechs gebogen. Diese sind jeweils am Ende mit einem Langloch ausgeführt, über das sich die Position des Magnetventil entlang des Langlochs verschieben lässt. Die Langlöcher sind 3,4 mm breit und zwischen 18 und 30 mm lang.