Erarbeitung realisierbarer Konzepte und Auswahl eines Konzepts
Marvin Baumgartner, 24.11.2021
Im Labor sind 4 8kg-Messzellen vorhanden, die dank 24bit-Genauigkeit den nötigen Detailgrad liefern können, um die Konzepte zu vergleichen. Als nächstes wird der Demonstrator für diese Untersuchungen entworfen und aufgebaut.
Marvin Baumgartner, 10.11.2021
Zum aktuellen Zeitpunkt ist es wahrscheinlich, dass die für das ursprünglich gewählte Konzept 2 Schienen des Auffangbeckens aufgrund von Designänderungen der Espressomaschine entfernt werden. Somit wäre dieses Konzept nicht im geplanten Umfang umsetzbar. Zudem besteht der Kritikpunkt, dass vier Wägezellen zu erhöhten Kosten in der Herstellung führen. Daher werden die Konzepte 2 und 5 (vgl. [1] Bachelorarbeit Kilian Stach) parallel fortgeführt, da aus der auf [1] basierenden Projektarbeit [10] noch ein Großteil der für den Aufbau benötigten Bauteile vorhanden sind. Es wird also neben der Konstruktion von Konzept 2 dieser Aufbau erneut untersucht mit dem Ziel, die gewünschte und theoretisch mögliche Messgenauigkeit zu erzielen. Sollte diese Untersuchung ein befriedigendes Messergebnis liefern können, wird die Konstruktion von Konzept 2 abgebrochen.
Marvin Baumgartner, 05.11.2021
Im Zuge der Konzepterarbeitung wurden insgesamt fünf Konzepte erstellt.
Die Konzepte 1 und 2 sind in der Grundgeometrie identisch, unterscheiden sich jedoch bei der Verbindung des Blechs zur Wägezelle. Wo bei Konzept 1 die Verbindung mittels Klebung umgesetzt wurde, werden die kegeligen Füße des Blechs in Konzept 2 lediglich in die Bohrungen der geplanten Wägezellen gesteckt, um ein Verrutschen des Blechs zu verhindern. Diese beiden Konzepte verwenden vier Wägezellen, jeweils in den Ecken des Abtropfblechs, um maximale Stabilität das Blechs zu gewähren und den Messbereich zu vergrößern. Die simple Geometrie ist zudem einfach und kostengünstig zu fertigen. Die Klebeverbindung von Konzept 1 verhindert das Abnehmen des Abtropfblechs, was den Einsatz vor allem im Gastronomieumfeld aber auch in Haushalten mit Hinblick auf Hygieneanforderungen unmöglich macht.
Die Detailansichten der Verbindungen bei Konzepten 1 und 2 sind vom hellblau eingekreisten Bereich der Seitenansicht.
In Konzept 3 wird ein Hebel verwendet, um den effektiven Messbereich der Wägezellen zu vergrößern. Es werden zwei Messzellen nebeneinander positioniert, die durch die Hebelanordnung von unten mit der übersetzten Gewichtskraft belastet werden. Die genaue Hebelübersetzung muss abhängig von der Massenbilanz definiert werden. Das werkzeugfreie Entfernen des Abtropfblechs sowie Reinigungsaufwand stellen Problemzonen dieses Konzeptes dar. Zudem wird die unweigerlich reibungsbehaftete Lagerung des Hebels eine gewisse Messwertverfälschung erzeugen und das leichte rotieren der Blechoberfläche ist suboptimal. Die Wägezellen könnten im Gegensatz zu den Konzepten 1 und 2 jedoch im Gehäuse der Espressomaschine versteckt werden.
Konzept 4 nutzt ebenso wie Konzept 3 den Ansatz eines Hebels, um den Messbereich von zwei nebeneinanderliegenden Wägezellen anzupassen. Auch hier muss das genaue Hebelverhältnis noch bestimmt werden. Die Position der Lagerung vorderhalb der Blechabstützung führt zu einer Belastung der Wägezellen von oben, was bei der Abstützung mit Hinsicht auf Bauraum innerhalb der Espressomaschine hilfreich ist. Gleichzeitig ist die Lagerung aber nun schwieriger abzustützen und es entstehen höhere Anforderungen an die Dichtigkeit. Die potentielle Verringerung der Messgenauigkeit aufgrund der Lagerung ist bei Konzept 4 genauso wie bei Konzept 3 neben der technischen Mechanik das wohl größte Problem, welches diese beiden Konzepte nicht umsetzbar machen. Pro forma werden sie in der Bewertung dennoch aufgeführt.
Das Konzept 5 ist ein Wiederaufgreifen der Konzeptes aus Kilian Stachs Bachelorarbeit [1] und der darauf basierenden Projektarbeit [10]. Das Abtropfblech wird angewinkelt und mit zwei Zusatzblechen als "Ausleger" auf die beiden Wägezellen gelegt. Das Abstützen in horizontaler Richtung ist nicht notwendig, wie ursprünglich angenommen, da die Messzellen in Normalrichtung keine Kräfte aufnehmen können. Somit ist eine Messwertverfälschung aufgrund des entstehenden Moments nicht zu befürchten.
Aus der ursprünglichen Bewertung der Konzepte durch eine Microsoft Excel-basierte Bewertungsmatrix ging das Konzept 2 aufgrund der simplen Geometrie und einer erhofften hohen Messgenauigkeit als bestes Konzept hervor.