Erzeugung und Lagerung von Warmwasser

Das Konzept beinhaltet die Konstruktion eines passenden Warmwassertanks für einen Land Rover Defender, die Auswahl aller benötigten Komponenten, sowie die Programmierung der dazugehörigen Steuerung für die Warmwassererzeugung.

Funktionsweise

Für die Eruierung werden mehrere Lösungsansätze betrachtet und detailliert ausgewertet. Das Konzept basiert auf einem Kalt- und Warmwassertank. Die ausgearbeitete Konzeptvariante besteht aus einem 34 Liter Edelstahltank, welcher am Fahrzeugchassis montiert wird. Mithilfe von verklebten Isolationsmatten ist das Wasser auch nach 10 Stunden ohne weitere Erwärmung noch über 40°C warm. Die erzeugte Abwärme vom Fahrzeugmotor wird genutzt um den Tank zu erwärmen. Das Wasser wird aus dem Tank mit Hilfe einer Druckpumpe durch einen im Kühlkreislauf integrierten Plattenwärmetauscher gepumpt, wodurch der gesamte Tankinhalt innerhalb von 5 Minuten auf 75°C erwärmt wird. Die Steuerung der Ventile und Pumpen übernimmt eine kleine SPS, welche über Taster oder einen Webserver (HMI) per Smartphone gesteuert werden kann.

Tank

Der Tank besteht aus insgesamt 35 Einzelteilen und wird mittels 7 Blechteilen zusammengeschweisst. Der aus 2mm Edelstahlblech V2A (1.4301) konstruierte Tank bietet ein maximales Füllvolumen von 34 Liter Wasser. Der Tank selbst wiegt rund 17 kg und somit gefüllt gesamthaft bei ca. 51 Kilogramm. Die an der Karosserie befestigten Schwingungsdämpfer kompensieren die unterschiedlichen Schwingungen und Bewegungen zwischen dem Leiterrahmen und der Karosserie. Dies verhindert Vibrationen und reduziert die Wahrscheinlichkeit auf Ermüdungsbrüche, speziell bei Schweissnähten. Um dem Tank eine möglichst hohe Stabilität zu verleihen werden zwei Stabilisatoren eingeschweisst. Diese können in ausgeschnittene Positionierungsschlitze im Unterbau des Tanks gesteckt und anschliessend verschweisst werden. Durch die Stabilisatoren erhält der Tank eine erhöhte Steifigkeit und eine verbesserte Kraftverteilung. Auch die Bewegung des Wassers im Tank wird durch diese eingeschweissten Bleche verringert. Somit schwappt das Wasser während der Fahrt und auch bei straken Bremsmanövern deutlich weniger.

Steuerung

Die Steuerung wird auf einer Siemens LOGO programmiert und umgesetzt. Der Füllstand sowie die Temperatur im Tank werden ausgelesen und über das HMI visualisiert. Die Funktionen "Heizen und Halten", "Wasserbezug" und "Wasserumlagerung" wurden auf der Steuerung für eine optimale Bedienung umgesetzt und können per Taster oder HMI gestartet/aktiviert werden. Die gewünschte Temperatur im Tank kann über einen Sollwert eingestellt werden und wird, solange das Fahrzeug läuft, gehalten. Für die Steuerung wurde ein Prototyp gebaut, um alle Funktionen zu prüfen und zu testen.

Berechnungen / Facts

• Die Isolation des Tanks ermöglicht bei einer Aussentemperatur von lediglich 5°C und einer Wassertemperatur im Tank von 75°C nach 10 Stunden eine Tanktemperatur von beachtenswerten 55°C.
• Um die 34 Liter Tankinhalt von 5°C auf 75°C mit der Abwärme des Motors über den Plattenwärmetauscher zu erwärmen werden nur gute 5 Minuten für die Aufheizphase benötigt.

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Schlusswort

Ein privates Projekt in einem solchen Umfang und unter diesen engen Zeitvorgabe zu realisieren gestaltete sich aufwändiger als gedacht. Zumal tagsüber die tägliche Arbeit in der Firma erledigt werden musste und es am Abend weiter ging mit der Diplomarbeit. Die Tage waren lang und die Nächte kurz, doch ich bin mit dem Ergebnis mehr als zufrieden.

Die erarbeitete Lösung überzeugt vollkommen und bringt bereits Freude bei der Bedienung des Prototyps. Die Funktionen sind schlussendlich ausführlicher und umfangreicher umgesetzt worden, als ich vor Beginn des Projekts angenommen hatte. Immer neue Ideen und Optimierungen taten sich auf und wurden umgesetzt. Ich hätte nicht erwartet, dass die Bedienung und Visualisierung des HMI's so gut ausfällt. Eine weitere positive Überraschung war die ausserordentlich schnelle Aufheizzeit sowie die gute Isolation. Aus meiner Sicht ist dieses System gut brauchbar und bietet einen grossen Nutzen und ein Alleinstellungsmerkmal

Die Umsetzung eines kompletten Systems, sprich einer Konstruktion mit dazugehöriger Steuerung, war eine sehr gute und lehrreiche Erfahrung.