Kugelventil:Demonstrator
Konstruktion und Fertigung Kugelventil-Demonstrator
Um eine endgültige Auswahl an geeigneten Konzeptvarianten für die Serienfertigung treffen zu können, müssen die interessanten Konzepte mit den jeweiligen Komponenten zunächst im Betrieb getestet und auf ihre individuelle Eignung beurteilt werden. Für diese Versuche wurde mit der Konzeption eines Versuchsaufbaus begonnen. Ziel dieses Versuchsaufbaus war es, alle ausgewählten Komponenten in ihren unterschiedlichen Konfigurationen testen zu können.
Für die Fixierung der Kugelventile wurde ein Mechanismus bedacht, mit dem die unterschiedlich bemaßten Kugelventile im Versuchsaufbau fixiert werden können. Das jeweilige zu testende Kugelventil wird durch zwei Klammern gehalten. Die beiden Klammern werden mithilfe von vier M3x25 Schrauben im oberen Teil und M3-Inserts im unteren Teil miteinander verschraubt. Durch die Verschraubung drückt so der obere auf den unteren Teil. Durch die für die Kontur der Kugelventile passende Aussparung in beiden Teilen wird das jeweilige Kugelventil festgesetzt und gegen Mitdrehen oder Verschieben im Betrieb gesichert. Sowohl die Konstruktion für das Kugel- als auch das Drosselventil wird auf einer Grundplatte befestigt.
Die zu testenden Schritt- und Servomotoren sollen mithilfe von Anschlägen auf der Grundplatte des Versuchsaufbaus fixiert werden. Diese Anschläge sollen sowohl von beiden Seiten als auch von hinten Druck auf den jeweiligen Motor ausüben und auf diese Weise festsetzen. Mithilfe von M5x15 Schrauben und passenden M5-Inserts, die an der Unterseite eingesetzt werden, werden die Anschläge mit der Grundplatte verschraubt. Langlöcher in der Grundplatte ermöglichen die Arretierung der Anschläge, indem man die Position und die Abstände der Anschläge auf der Grundplatte entsprechend verändert. Auf diese Weise können Motoren mit unterschiedlichen Außenmaßen und Geometrien mithilfe der Anschläge fixiert werden.
Der fertige Aufbau besteht insgesamt aus acht verschiedenen Teilen. Das ist zum einen die Grundplatte sowie die Ventilhalterungen. Im Laufe der Konstruktion wurde beschlossen, die Ventilhalterungen in zwei Klammern und zwei dazugehörige Halter zu unterteilen. Auf diese Weise können Kugel- und Drosselventil mit dem gleichen Versuchsaufbau getestet werden, indem nur die speziellen Halter für die Geometrie des jeweiligen Ventils, jedoch nicht die Klammern selbst ausgetauscht werden müssen. Die beiden Halterungen werden mit den Klammern mithilfe von M4x10 Schrauben und dazu passenden Muttern verschraubt. Da die Schäfte der zu testenden Motoren unterschiedliche Abstände zur Grundplatte aufweisen, muss die vertikale Position des zu testenden Ventils und der zugehörigen Halter zwischen den Klammern auf die jeweilige Schafthöhe angepasst werden können. Die Schäfte der Servomotoren weisen mit 17,5 mm den geringsten vertikalen Abstand zur Grundplatte auf, wohingegen der Schaft des bestellten NEMA 23-Schrittmotors mit 28 mm den größten vertikalen Abstand besitzt. Die vertikale Position der 27 Drehachse zwischen Ventil und Motor muss also zwischen 15 und 30 mm variiert werden können, um alle bestellten Motoren mit dem Versuchsaufbau testen zu können. Dies kann mit Beilagscheiben oder anderen Abstandhaltern realisiert werden.
Die obere Abbildung zeigt den Versuchsaufbau mit eingespanntem Kugelventil und NEMA 23- Schrittmotor. Die Teile des Versuchsaufbaus wurden mithilfe eines FDM-3D-Druckers aus PLA gefertigt. Auf der Unterseite der Grundplatte wurden Aussparungen angebracht, um Material zu sparen. Die Inserts aus Messing wurden mithilfe eines Lötkolbens auf 200 °C erhitzt und in die jeweiligen Teile eingeschmolzen.