Festigkeitsverhalten von geschweissten 4KantProfilen ... · Ergebnis: Durch eine Änderung des...
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HSR Hochschule für Technik Rapperswil Bachelorarbeiten 2016 Bachelor of Science FHO in Maschinentechnik 65 Ausgangslage: Geberit bietet mit dem Duofix-System eine universelle Lösung zur Unter- putzmontage von WC an. Das Duofix-Element ist bei Anwendung hohen Belastungen ausgesetzt, wodurch sich der Rahmen sowie die darauf montierte Beplankung stark ver- formen. In dieser Arbeit wird untersucht, ob bei den Seitenprofilen durch einen Wechsel von C-Profilen (2-mm-Wandstärke) auf 4-Kant-Profile (1,5 mm-Wandstärke) bessere Fes- tigkeitswerte erreicht werden. Vorgehen: Mittels FEM-Berechnung mit der Software ANSYS wird das mechanische Systemverhalten untersucht und anschliessend mit einer Investitionsrechnung auf die Wirtschaftlichkeit geprüft. Weiter wird ein Vergleich der Resultate zwischen der nicht- linear rechnenden Software ANSYS und der linear rechnenden Software CATIA GPS durchgeführt. Ergebnis: Durch eine Änderung des Seitenprofils von einem C-Profil mit Wandstärke 2 mm auf ein 4-Kant-Profil mit Wandstärke 1,5 mm kann die Stabilität des komplet- ten Elements erheblich gesteigert werden. Die maximale Absenkung verringert sich von 25,29 mm auf 11,66 mm und die Spannungsspitzen sind nur noch lokal zu finden (siehe Bild unten). Damit diese neue Variante umgesetzt werden kann, sind Anschaffungen von neuen Fertigungs- und Schweissmaschinen im Wert von 4 Millionen Euro nötig. Mit der Materialeinsparung verrechnet, ergibt dies eine Payback-Dauer von ca. 14 Jahren. Für eine sofortige Umsetzung sind die Investitionen somit zu gross, jedoch können durch die grössere Stabilität des Elements in einem nächsten Schritt weitere Anpassungen und Optimierungen an den Traversen gemacht werden. Dadurch ist es möglich, dass sich die nötigen Investitionen innerhalb weniger Jahre auszahlen. Duofix-Element mit montierter WC-Keramik Linkes Bild: C-Profil 2 mm, rechtes Bild: 4-Kant-Profil 1,5 mm Linkes Bild: Element mit C-Profil, rechtes Bild: Element mit 4-Kant-Profil-Darstellung der Von-Misses-Spannung [N/ mm 2 ] Diplomand Lukas Gremlich Examinator Prof. Dr. Gion Andrea Barandun Experte Prof. Dr. Michael Niedermeier, Hochschule Ravensburg-Weingarten, DE Themengebiet Simulationstechnik Projektpartner Geberit AG, Rapperswil-Jona, SG Festigkeitsverhalten von geschweissten 4-Kant-Profilen gegenüber C-Profilen am Duofix-Rahmen Lukas Gremlich
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HSR Hochschule für Technik Rapperswil Bachelorarbeiten 2016 Bachelor of Science FHO in Maschinentechnik 65
Ausgangslage: Geberit bietet mit dem DuofixSystem eine universelle Lösung zur Unter
putzmontage von WC an. Das DuofixElement ist bei Anwendung hohen Belastungen
ausgesetzt, wodurch sich der Rahmen sowie die darauf montierte Beplankung stark ver
formen. In dieser Arbeit wird untersucht, ob bei den Seitenprofilen durch einen Wechsel
von CProfilen (2mmWandstärke) auf 4KantProfile (1,5 mmWandstärke) bessere Fes
tigkeitswerte erreicht werden.
Vorgehen: Mittels FEMBerechnung mit der Software ANSYS wird das mechanische
Systemverhalten untersucht und anschliessend mit einer Investitionsrechnung auf die
Wirtschaftlichkeit geprüft. Weiter wird ein Vergleich der Resultate zwischen der nicht
linear rechnenden Software ANSYS und der linear rechnenden Software CATIA GPS
durchgeführt.
Ergebnis: Durch eine Änderung des Seitenprofils von einem CProfil mit Wandstärke
2 mm auf ein 4KantProfil mit Wandstärke 1,5 mm kann die Stabilität des komplet
ten Elements erheblich gesteigert werden. Die maximale Absenkung verringert sich von
25,29 mm auf 11,66 mm und die Spannungsspitzen sind nur noch lokal zu finden (siehe
Bild unten). Damit diese neue Variante umgesetzt werden kann, sind Anschaffungen von
neuen Fertigungs und Schweissmaschinen im Wert von 4 Millionen Euro nötig. Mit der
Materialeinsparung verrechnet, ergibt dies eine PaybackDauer von ca. 14 Jahren. Für
eine sofortige Umsetzung sind die Investitionen somit zu gross, jedoch können durch
die grössere Stabilität des Elements in einem nächsten Schritt weitere Anpassungen und
Optimierungen an den Traversen gemacht werden. Dadurch ist es möglich, dass sich die
nötigen Investitionen innerhalb weniger Jahre auszahlen.
DuofixElement mit montierter WCKeramik
Linkes Bild: CProfil 2 mm, rechtes Bild: 4KantProfil 1,5 mm
Linkes Bild: Element mit CProfil, rechtes Bild: Element mit 4KantProfilDarstellung der VonMissesSpannung [N/ mm2]
Diplomand Lukas Gremlich
Examinator Prof. Dr. Gion Andrea Barandun
Experte Prof. Dr. Michael Niedermeier, Hochschule RavensburgWeingarten, DE
Themengebiet Simulationstechnik
Projektpartner Geberit AG, RapperswilJona, SG
Festigkeitsverhalten von geschweissten 4KantProfilen gegenüber CProfilen am DuofixRahmen
LukasGremlich
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