Global:Versteifungsplatte Boilerdeckel
Martin Bader, 11.12.24
Da sich der 3D-gedruckte Boilerdeckel am aktuellen Prototypen durch Wärmeeintrag seitens des Boilers und durch die Vorspannkraft der Tellerfeder durch den Verspannmechanismus stark verformt, wurde eine Versteifungsplatte konstruiert. Diese hat denselben Durchmesser von 130 mm wie der 3D-gedruckte Boilerdeckel und eine Dicke von 5 mm. Konstruktiv wurde die Auflage der Tellerfeder angepasst, welche um 180° gedreht wurde, so dass nun der Außenradius auf der Versteifungsplatte aufliegt. So wird eine geringere Hebelwirkung und dadurch eine geringere Verformung erzielt. Die Zentrierung der Tellerfeder auf dem Versteifungsblech wird durch drei eingepresste Zylinderstifte gewährleistet. Ebenfalls entsteht durch drei Zylinderstifte, angeordnet auf der Kontaktfläche mit dem Boilerdeckel eine formschlüssige Ausrichtung und Zentrierung der Versteifungsplatte auf dem Boilerdeckel. Mittels einer FEM-Analyse wurde nachgewiesen, dass durch die Belastung der Tellerfeder, den Boilerdruck und den Wärmeeintrag nur sehr geringe Verformungen von von 0,0129 mm entstehen. Das Bauteil ist also steif genug, um die Verformung des Boilerdeckels zu verhindern.
Da der Prototyp ohne die Versteifungsplatte konstruiert ist werden Abstandshalter für den Verspanndeckel notwendig. Dafür muss am Prototyp vermessen werden, wie diese konstruiert werden müssen.
Details zur FEM-Analyse:
Es wurde mit Abaqus eine FEM Analyse zur Verformung der Versteifungsplatte durchgeführt. Es wurde eine quadratische Ansatzfunktion und tetraedrische Elemente gewählt (C3D10). Die Boilerwand wurde als feste Randbedingung festgelegt. Verschiebung wurde in alles Richtungen gesperrt. Es wurden zwei Kräfte eingetragen. Die Tellerfeder mit einer Kraft von 2500 N, welche über die Auflagefläche der Tellerfeder als Druckspannung eingebracht wurde. Der Boilerdruck mit 2,25 bar wurde über die Fläche des Boilers in entgegengesetzter Richtung zur Tellerfeder eingebracht. Der Wärmeeintrag konnte leider nicht simuliert werden, weil das Modell immer wieder Fehlermeldungen hervorrief. Dies ist aber nicht weiter schlimm, da die max. auftretenden 145 °C auf Stahl eine minimale Auswirkung haben. Dennoch wurde max. anliegende Druck von 2,25 bar auf 2,5 bar erhöht, um den Wärmeeintrag nicht komplett zu vernachlässigen.