Projektrücksprache 23.11.2022

Besprechungsprotokoll 3

Projekt/Anlass: Dritte Projektrückprache
Termin: Mo., den 23.11.2022 um 18:00 Uhr
Ort: Online via Zoom
Teilnehmer:innen: Armin Rohnen, Martin Aspacher, Stefanie Diener, Michael Albrecht
Protokollführer:in: Martin Aspacher

Annahme des Protokolls der letzten Rücksprache

Das Protokoll von der zweiten Rücksprache am 02.11.2022 wurde ohne Widerspruch angenommen.

Neuanordnung der Bauteile und Baugruppen

Die Position des Boilers und der Pumpe wurden aus dem vorherigen Konstruktionsstand übernommen, welche wichtige Bezugspunkte für die weitere Bauteilanordnung darstellen. Das Multifunktionsventil wurde unterhalb des Y07 Ventils angeordnet. Bei dem Multifunktionsventil sind zwei Ausgänge zu verschließen. Der Mischer wurde in Form eines T-Stücks eingefügt. Hierbei stellt sich die Frage, ob die zu mischenden Kalt- und Warmwasserströme fluchtend aufeinandertreffen müssen. Falls ein Aufeinandertreffen im 90 Grad erlaubt ist, könnte ein Winkelstück eingespart werden. Die Leitung zwischen unterstem Boilerausgang und Y03 verläuft unterhalb des Durchflusssensors. Um ein Winkelstück einzusparen, stellt sich die Frage, ob ein Verbiegen der Leitungen auf diese Distanz möglich ist. Größere Biegungen sind lediglich mit Erhitzen und einer Negativform möglich. Aufgrund von Kostengründen soll deshalb auf eine Biegung verzichtet werden. Um dennoch auf ein Winkelstück verzichten zu können, soll die Anordnung nochmals angepasst werden. In die Pumpe kann beispielsweise ein T-Anschluss eingeschraubt werden. Die Ventile Y07, Y09, Y10 wurden so positioniert, dass die Leitungswege möglichst geringgehalten werden. Die Leitungsverbindung Y09 mit der Brühgruppe wird so umgesetzt, dass eine konvexe Krümmung entsteht. Dabei soll verhindert werden, dass zu viel Wasser in der Leitung verleibt. Dies gilt analog für die Rückspülleitung. Durch diese Maßnahme wird vermieden, dass zwei weitere Magnetventile verbaut werden müssen. Bei der Neuanordnung wurde darauf geachtet, dass die Halterung des Boilers freistehen und eine spätere Anbindung an den Rahmen realisiert werden kann. In einem nächsten Schritt werden Leitungen eingefügt und Konstruktionsarbeiten an dem Elektronikblech durchgeführt.

Freitragende Brühgruppe und Brühturm

Über mehrere Iterationsschritte wurde eine Neuanordnung der Magnetventile vorgenommen. In dem Ausgangszustand waren die Ventile horizontal angeordnet. Infolge einer vertikalen Anordnung konnte die Leitungsführung vereinfacht werden. Weiter wurde die Breite der Ventilanordnung von 83 mm auf 51,5 mm reduziert, was einer Reduktion von 38 % entspricht. Die Höhe der Ventilanordnung erhöhte sich um 14 % von 70 mm auf 80 mm.

Durch die Einsparung der Ventilbreite konnte eine erste geometrische Anpassung der Brühgruppe vorgenommen werden. Somit wurde die Breite der Brühgruppe von 93 mm auf 79 mm um 15 % reduziert werden. Die Höhe der Brühgruppe wurde von 69 mm auf 80 mm um 16 % erhöht.

Zur Erfüllung der Anforderungen an eine maximale Absenkung und Verdrehung der Brühgruppe von 0,1 mm wurde eine erste Vorauslegung durchgeführt. Die Vorauslegung zeigt, dass bereits bei dem Ausgangszustand eine Absenkung in Z-Richtung von 0,39 mm erreicht wird. Da die Bauteilhöhe in dritter Potenz in das Flächenträgheitsmoment eingeht, wird die Absenkung bei der überarbeiteten Geometrie auf 0,28 mm reduziert, was einer Minimierung von 28 % entspricht. Weiter wurde untersucht, wie die Geometrie zu gestalten ist, um lediglich eine Absenkung von 0,1 mm zu erreichen. Hierbei ergab sich eine Gesamthöhe von 106,5 mm und eine Blechdicke von 4 mm statt 2 mm. Aufgrund der Ästhetik und der Fertigung wird von diesen Anpassungen abgesehen. Ein Test an der Gaggia TE zeigte, dass eine Absenkung von 0,1 mm sehr konservativ gewählt wurde. Um den Konstruktionsaufwand nicht weiter zu erhöhen, wurde eine Erhöhung der Absenkung und Verdrehung stattgeben. Die ermittelten Abweichungen sind mit Herrn Rohnen zu diskutieren.

Anhand der Vorauslegung ergab sich weiter eine Absenkung bzw. Verdrehung in Y-Richtung von 0,81 mm bei der Ausgangsgeometrie und 0,82 mm bei der überarbeiteten Geometrie. Die Verdrehung setzt sich aus der Torsion des Brühturms und der Absenkung des Halte- und Versteifungsblech zusammen. Die Vorauslegung zeigt, dass der Anteil der Absenkung durch das Blech nur signifikant gering ist.

Im weiteren Verlauf der Projektarbeit wird versucht die Breite der Brühgruppe weiter zu verringern. Hierzu ist das obere Verbindungsstück zu überarbeiten. Im Ausgangszustand zeigt das Verbindungsstück acht Bohrungen. Vier Bohrungen besitzen einen Durchmesser von 4 mm, bei denen es sich um M4 Befestigungsschrauben handelt. Die übrigen vier Bohrungen weisen einen Durchmesser von 4,3 mm auf. Hierbei handelt es sich um Lagesicherung, um ein Verdrehen aufgrund der wirkenden Kraft in Y Richtung zu vermeiden. Zur Verringerung der Breite werden die vier M4-Zylinderschrauben durch vier M4 Senkkopfschrauben ersetzt. Die Senkkopfschrauben kombinieren die Befestigung und im Gewissen Maße die Lagesicherung.

Im weiteren Verlauf der Projektarbeit wird versucht die Breite der Brühgruppe weiter zu verringern. Hierzu ist das obere Verbindungsstück zu überarbeiten. Im Ausgangszustand zeigt das Verbindungsstück acht Bohrungen. Vier Bohrungen besitzen einen Durchmesser von 4 mm, bei denen es sich um M4 Befestigungsschrauben handelt. Die übrigen vier Bohrungen weisen einen Durchmesser von 4,3 mm auf. Hierbei handelt es sich um Lagesicherung, um ein Verdrehen aufgrund der wirkenden Kraft in Y Richtung zu vermeiden. Zur Verringerung der Breite werden die vier M4-Zylinderschrauben durch vier M4 Senkkopfschrauben ersetzt. Die Senkkopfschrauben kombinieren die Befestigung und im Gewissen Maße die Lagesicherung.

Glasboiler

Für die oberen Spannhaken des Glasboilers wurde eine Festigkeitsberechnung für das Material PA 12 durchgeführt. Hier zeigte sich, dass die dynamische Festigkeit, welche das Lastspiel und den Temperatureinfluss berücksichtigt, nicht gegeben ist. Anschließend erfolgte eine erste Vorauslegung für ein neues Spannhaken Konzept, welches Edelstahl als Material verwendet. Hierbei ergab sich eine Breite von 25 mm bei einer Blechdicke von 2 mm. Die ermittelte Größenordnung stimmt mit der alten Konstruktion überein.

Die Anforderungen, welche sich durch die Neukonstruktion ergeben, umfassen: Eine ausreichende Festigkeit, falls möglich nicht ohne Werkzeug demontierbar, kein Kontakt zwischen Glas und Edelstahl und eine montagegerechte Konstruktion.

Durch verwenden einer Blechdicke von 2 mm wird die Mindesteinschraubtiefe der verwendeten M3-Schraube nicht erreicht. Eine Faustformel für die Mindesteinschraubtiefe ist ungefähr einmal Durchmesser. Somit müsste die Blechdicke auf 3 mm erhöht werden, wobei bereits ein Biegen des 2 mm Blechs anspruchsvoll ist. Eine Alternativlösung ist das Verwenden einer Gewindehülse, Hülsenmutter oder Einpressmutter. Der größte Vorteil einer Gewindehülse ist, dass bei gleichzeitiger Verwendung eines Schraubenklebers ohne Werkzeug keine Demontierbarkeit gegeben ist. Grund für die nicht Demontierbarkeit ist das nötige präzise und individuelle Einstellen der Vorspannkraft.

In Anlehnung an die bestehende Konstruktion wurde überlegt, die Trennfläche zwischen Glas und Edelstahl mit dem 3D-Drucker herzustellen, welche die Rundung des Glases aufweist. Um die Komplexität zu verringern und die Herstellkosten zu minimieren, wird empfohlen die Trennfläche mittels Gummi- oder Schaumunterlage zu realisieren. Diese könnten an die Blechstreifen angeklebt werden.

Des Weiteren wurde eine Alternativlösung für die Spannhakenkonstruktion diskutiert. Diese besteht aus zwei L-förmige Blechstreifen, welche lediglich an der Bodenplatte und am Vorspannblech verschraubt sind. Somit liegt der Außenzylinder nicht in der Verspannung.