Neue Gummipuffer für Leichtbauteile
Published by Angst+Pfister on February 2022
Eine kleine Pumpe macht grossen Lärm. Beim Kaffeemaschinenhersteller Franke trug Angst+Pfister mit Engineering-Kompetenz und Ideenreichtum dazu bei, dass die Konsumenten nicht nur Kaffee, sondern besondere Momente geniessen. Ein platzsparender Gummipuffer mit Schnappverbindung dämmt Vibrationen leichter Maschinenteile – bei rascherer Montage und einfacherer Logistik.
«Bei einem Besuch bei Franke wurde ein Prototyp der Kaffeemaschine A400 geöffnet und auf seine Geräusche und Vibrationen hin untersucht», erzählt Jennifer Scherhag, Product Application Engineer bei Angst+Pfister. Beim Hersteller Franke Kaffeemaschinen AG waren die Techniker am Ende ihres Lateins. Die neuste Generation der A400 statteten sie mit einer speziellen Flüssigkeitspumpe aus, welche mit einer Drehzahl von 3000 min-1 läuft. Dies entspricht 50 Hertz. Die dabei verursachten Geräusche überschritten die gewünschte Geräuschvorgabe.
Knowhow vor Ort bringen
«Schwingungstechnik ist ein kompliziertes Thema. Viele haben Berührungsängste», weiss Jennifer Scherhag. Angst+Pfister versteht sich als ein Engineering- Partner, der mehr beherrscht, als Produktionszeichnungen umzusetzen. «Wir kümmern uns auch um vermeintliche Details in Kleingeräten.» Mit der A400 macht Franke die Technologie von professionellen Vollautomaten für alle verfügbar: Convenience-Shops, Einzelhandel, Büros, Hotellerie, Buchhandlungen oder Bäckereien – das heisst Premium-Genuss auch fürs «Small Business». Gemäss Franke geht es dabei «um mehr als Kaffee – es geht um diesen einen Moment.» Dabei sollen laute Vibrationen ihn nicht verderben.
Die Flüssigkeitspumpe übertrug Vibrationen auf eine Platte, obwohl sie bereits mit Gummiwinkeln auf dieser befestigt war. Diese Platte wiederum war zusätzlich mit dem Maschinenboden verbunden und leitete die Vibrationen direkt aufs Gehäuse. Dies verursachte die unerwünschten Geräusche. Der Blick in die offene Maschine verriet Jennifer Scherhag: Die Platte musste entkoppelt werden. Üblicherweise bieten sich dafür Gummipuffer an. «Die Pumpe ist aber relativ klein und wiegt gerade mal 650 Gramm. Dafür bräuchte es sehr kleine, weiche Schwingungselemente. Sowas existierte bisher nicht.» Also griff Jennifer Scherhag zum Taschenrechner, ermittelte die notwendige Steifigkeit, um die Geräuschvorgabe zu erfüllen und schlug den Franke-Technikern vor, gemeinsam neue Gummipuffer zu entwickeln.
Barrieren überwinden
Für die Entwicklung der Puffer galt es, einige Herausforderungen zu meistern. Das Maschinengehäuse war bereits konstruiert – inklusive dessen Werkzeug. Die Platzverhältnisse liessen eine Pufferhöhe von gerade mal zehn Millimetern zu. «Für die anvisierte Weichheit der Puffer wäre mehr Bauhöhe natürlich sinnvoll», so Jennifer Scherhag. Bereits im Gehäuse integriert waren zudem M4-Gewinde. Her musste also ein sehr weicher, aber ebenso kleiner Puffer mit übergrossem Gewinde. Standardprodukte in dieser Grösse, sind allerdings mit kleineren M2- oder M3- Gewinden versehen. Weitere Anforderung: Franke muss die Puffer einfach montieren können – auch im Servicefall. Und natürlich nahte die Markteinführung mit raschen Schritten.
Im Angst+Pfister-Logistiklager liessen sich drei kleine Puffer finden, die der errechneten Steifigkeit nahekamen – allerdings waren alle zu hoch und verfügten über zu kleine Gewinde. Für erste Vibrationstests konnten sie aber eingesetzt werden. Dabei schnitt ein Puffer besonders erfolgsversprechend ab – mit optimaler Steifigkeit. Die Geräuschwerte fielen unter die gewünschte Marke.
Nun galt es, sich von den 15 Millimetern Bauhöhe und dem M3-Gewinde zu verabschieden – mit einem neuen Design. Jennifer Scherhag ermittelte auf der Messmaschine die entscheidende Kraft-Weg- Kurve und verkleinerte dann das Design auf zehn Millimeter. Währenddessen kümmerte sich das Angst+Pfister-Werk in der Türkei um die entsprechende Gummimischung – sie sollte dieselbe Steifigkeit besitzen wie der getestete Standardpuffer. «Dieser Gummipuffer besass noch immer zwei Gewinde, um ihn an der Platte einerseits und dem Maschinengehäuse andererseits zu befestigen», erzählt Jennifer Scherhag. Deshalb tauchte bei der Montage das nächste Problem auf: Weil die Puffer so weich waren, verdrehten sie sich beim Einschrauben, so dass der Gummi Schaden nehmen würde.
Neue Wege gehen
«Während eines Brainstormings hatten wir eine gute Idee», freut sich Jennifer Scherhag noch heute. «Ich war schon immer ein Fan von Schnappverbindungen – ein einfaches Prinzip, das sich eigentlich oft verwenden lässt.» So überarbeitete sie das Design erneut und ersetzte auf der einen Seite das Gewinde durch einen Zapfen mit Schnapper. Damit konnte die Platte einfach, von Hand und ohne Schraubbewegungen fixiert werden. Franke Kaffeemaschinen AG gefiel das. Inzwischen lief aber die Zeit davon. Ohne weitere Tests in ein Werkzeug zu investieren, schien Franke zu riskant; der Projektabbruch drohte.
Jennifer Scherhag besann sich auf das 3D-Lasersinter-Verfahren. Damit war Angst+Pfister in der Lage, innerhalb von sieben Tagen einen Prototypen aus lasergesintertem Gummi herzustellen. Die entsprechende Serienproduktion erfolgte anschliessend im Angst+Pfister-Werk in der Türkei. Dank der Prototypen konnte nun der Schnappmechanismus getestet werden – und er funktionierte. Die A400 wird inzwischen mit diesem ausgeliefert und sorgt bei den Konsumenten für viele besondere Momente. Bei Franke bedeuten die neuartigen Gummipuffer: eine um zwanzig bis dreissig Sekunden kürzere Montagezeit und eine vereinfachte Logistik – ohne Schrauben, Muttern oder Unterlegscheiben und entsprechende Werkzeuge.
Fazit
Franke erkannte, wie wichtig es ist, die Geräusch- und Vibrationsprobleme in ihren Kaffeemaschinen zu lösen, und wandte sich an Angst+Pfister, um eine Lösung zu finden, die den Genuss ihrer Produkte für die Verbraucher verbessert. Die Ingenieure von Angst+Pfister ermittelten durch genaue Analyse und Zusammenarbeit den Bedarf an neuen Gummischwingungsdämpfern, um den Geräuschpegel wirksam zu dämpfen.
Trotz verschiedener Herausforderungen, wie räumliche Einschränkungen und Zeitdruck, arbeiteten beide Teams sorgfältig zusammen, um eine Lösung zu entwickeln, die die Erwartungen übertraf. Durch die Einführung von Schnappverbindungen bei der Konstruktion der Schwingungsdämpfer wurden nicht nur Montageprobleme gelöst, sondern auch die Logistik rationalisiert, was für Franke zu erheblichen Zeit- und Kosteneinsparungen führte.
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