DER KONSTRUKTEUR 12/2015

KONSTRUKTIONSELEMENTE

KONSTRUKTIONSELEMENTE Potenzial eines Allrounders Werkstoff eröffnet neue Möglichkeiten bei Dichtsystemen und Bauteilen Stefan Reichle Anhand der Neuentwicklung eines vollintegrierten Brühkolbensystems für professionelle Kaffeevollautomaten wird im Folgenden gezeigt, welche Potenziale eine neue Werkstoff-Familie – ein thermoplastisch verarbeitbares polares Polymer – bietet. Mit seinem Eigenschaftsprofil ist dieser Kunststoff nicht nur als Dichtungsmaterial, sondern auch als Konstruktionswerkstoff für unterschiedlichste Anwendungsbereiche geeignet. Parker entwickelt bereits seit Jahren maßgeschneiderte Dichtsysteme für professionelle Kaffeevollautomaten, die insbesondere in der Brühgruppe für perfekte Funktionalität sorgen. Durch ein neu entwickeltes integriertes Brühkolbensystem mit Einsatz des neuen Universalwerkstoffs Nobrox ergeben sich jetzt vielfältige Anwendungs- und Kostenvorteile. Brühgruppe als Herzstück Bei der Vielzahl der am Markt verfügbaren Kaffeevollautomaten unterscheidet sich die prinzipielle Funktionalität kaum. Wesentliche Unterschiede liegen neben dem Gehäusedesign in der Lebensdauer der einzelnen Maschinenkomponenten. Während Stefan Reichle, Market Unit Manager Industrial, Parker Engineered Materials Group, Packing Division Europa ein Kaffeevollautomat im privaten Haushalt meist auf 5000 bis 10 000 Brühvorgänge ausgelegt ist, können professionelle Kaffeemaschinen ca. 50 000 Tassen Kaffee brühen, bevor Komponenten ausgetauscht oder überholt werden müssen. Diese hohe Zahl an Brühvorgängen stellt an die einzelnen Komponenten des Kaffeevollautomaten hohe Anforderungen, vor allem an das Herzstück jeder Maschine: die Brühgruppe. Hier werden die maßgeblichen Parameter der Kaffeequalität bestimmt, wie z. B. der Verdichtungsgrad des Kaffeepulvers, der Wasserdruck oder die Filterung des Kaffeeprodukts. Die wichtigsten Bau teile der Brühgruppe sind die Brühkammer, das metallische Mikrosieb und nicht zuletzt der Brühkolben mit dazugehörigem Dichtungsund Abstreifsystem. Das Dichtungssystem dichtet die Brühgruppe während des Brühvorgangs nicht nur ab, sondern es sorgt auch dafür, dass die kostbaren Öle und Aromen des Kaffees ihren Weg in die Tasse finden. Hierzu muss das Dichtungssystem nicht nur einem Druck von bis zu 20 bar bei Temperaturen bis 95 °C widerstehen, sondern auch gegenüber dem stark abrasiven Kaffeepulver sowie dem sauren Kaffeeextrakt selbst bestehen. Für diese hohen Anforderungen bietet Parker eine Vielzahl möglicher Dichtungskonzepte je nach Gerätekonfiguration und Kundenanforderungen. Dabei kann von der kurz bauenden PTFE Slipper Seal (PTFE- Dichtung mit elastomerem Vorspannelement) über die totraumfreie FlexiSeal- Dichtung (PTFE-Dichtung, vorgespannt mit silikongefüllter Edelstahlfeder) bis hin Typische Anwendungen für den neuen Werkstoff finden sich auch in der Hydraulik zu elastomeren Dichtungssystemen auf Basis speziell entwickelter Gummi- und Polyurethanwerkstoffe jede vorstellbare Dichtungs- und Abstreifaufgabe im Bereich der Kaffeemaschinen gelöst werden. Integrierte Neuentwicklung Herkömmliche Brühkolbensysteme in professionellen Kaffeevollautomaten bestehen häufig aus komplexen, metallischen Brühkolben mit aufwändigen Geometrien und fehleranfälligen Dichtungssystemen, 16 Der Konstrukteur 12/2015

deren durchschnittliche Lebenserwartung ca. 50 000 Brühvorgänge umfasst. Danach muss der Brühkolben und das zugehörige Dichtungssystem zeitaufwändig und kostenintensiv ausgetauscht werden. Dieser Problematik wirkt eine neue, vollintegrierte Entwicklung entgegen. Mit ihr wird die geometrische Komplexität und Anzahl der Einzelkomponenten reduziert, während sich gleichzeitig die Montagefreundlichkeit bei insgesamt verbesserter Funktionalität erhöht. Damit wird Parker-Prädifa dem Kundenwunsch nach höherer Standzeit (Steigerung um durchschnittlich 50 bis 100 % bzw. auf eine durchschnittliche Lebenserwartung von > 100 000 Brühvorgängen) und Revisionsfreundlichkeit gerecht. Das neu entwickelte Brühkolbensystem besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Brühkolben und dem Siebträger mit integrierter Dichtungs-, Abstreif- und Filterfunktion. Eine einfache Anbindung der Komponenten wird wahlweise durch eine montagefreundliche Verschraubung oder Schnappverbindung realisiert. Als Basis des neuen Brühkolbens dient der neue Parker-Werkstoff Nobrox. Dem jeweiligen Funktionszweck angepasst kommen verschiedene Modifikationen des Werkstoffs im Brühkolbensystem zum Einsatz. Die mechanische Stabilität des Brühkolbens, der das Kaffeepulver komprimiert, wird durch eine glasfaserverstärkte Variante von Nobrox gewährleistet. Im Vergleich zu komplexen metallischen Brühkolben ergeben sich hier deutliche Vorteile in der Anwendung. In einer Brühgruppe mit einem metallischen Kolben kühlt das System sehr schnell ab, mit nachteiligen Effekten für den Brühvorgang, und muss zwangsläufig durch zusätzliche Heizelemente temperiert werden. Bei Verwendung von Nobrox besteht ein wesentlich geringerer Wärmeverlust aufgrund des geringeren Wärmeübergangs im Vergleich zu metallischen Komponenten. Zusätzliche Heizelemente sind überflüssig und die Gesamtkomplexität der Brüheinheit ist maßgeblich verringert. Der Kolbenaufsatz vereint verschiedene Funktionen in sich und trägt somit zur Reduktion der Komplexität und Komponentenvielfalt der Brühgruppe bei. Hier kann der unverstärkte Werkstoff Nobrox seine Vorteile ausspielen. Die hohe Verschleißfestigkeit macht es möglich, die Dicht- und Abstreiffunktion in einem dynamischen Dichtsystem zu vereinen. Die Dicht- /Abstreiflippe ist durch einen TPU-O-Ring vorgespannt und gewährleistet eine konstant gute Dichtfunktion zwischen Brühkolben und Brühkammer über die Lebensdauer hinweg. Weitere Vorteile ergeben sich durch das Design des Kolbenaufsatzes. Die Normelemente. Ganter. Ganter bietet mit seinem weltweit einzigartigen Sortiment an Normelementen alles aus einer Hand. ■ ■ ■ ■ ■ Umfassender Katalog 24h-Lieferservice Weltweite Verfügbarkeit Webshop und CAD-Download Sonderlösungen Der aktuelle Ganter-Katalog 15.1 mit unzähligen Normelementen und vielen Ideen zu konstruktiven Problemlösungen. Jetzt kostenlos anfordern. Der Werkstoff eignet sich für Dichtungen und technische Bauteile Otto Ganter GmbH & Co. KG Telefon +49 7723 6507-100 Telefax +49 7723 4659 www.ganter-griff.de