Konstruktionsanpassungen der Brühgruppe
Felix Kistler, 16.01.2024
Im Prototypenbau der 1-Zylinder-Maschine kam ein Problem mit der Anbindung von Siebträgeraufnahme mit Halte- und Versteifungsblech auf. Die Senkungen in Halte- und Versteifungsblech für die Senkkopfschrauben und Mutterhülsen sind im CAD des Brühturms mit einem Außendurchmesser von 9 mm und einem Winkel von 45° hinterlegt, welche sich auf die Normmaße der Senkkopfschraube nach DIN-EN-ISO 10642 – Form B stützen. Im Portal des Blechfertigers für die Prototypenteile wurden diese Senkungen auf die Maße M4 A 8.8mm/6.5mm/90° geändert. Eine weitere Auswahlmöglichkeit wären die Maße M4 F 9,4mm/7,4mm/90°. Für die Prototypen wurde sich für Ersteres entschieden. Im Prototypen von Halte- und Versteifungsblech wurden die tatsächlichen Außendurchmesser der Senkungen jedoch anstelle von 8,8 mm mit 8 - max. 8,3 mm gemessen. Außerdem sind die Senkungen nicht identisch sondern variieren teilweise stark, sodass beim Prototypenbau manuelle Nachbearbeitungen erforderlich waren.
Für die nächste Bestellung der Prototypen-Teile von Halte- und Versteifungsblech muss diese Problematik zuerst mit dem Fertiger geklärt werden, bevor die Bestellung ausgelöst wird, und ggf. die Senkungen im CAD-Modell angepasst werden.
Felix Kistler, 19.07.2023
Die Prototypenteile der angepassten Brühgruppe wurden bei InstaWerk bestellt.
Die Bestellung umfasst:
1 x Siebträgeraufnahme vom 26.09.2022 aus MS58 für das Messsystem
1 x Siebträgeraufnahme vom 20.06.2023 aus MS58 für den Prototypenbau der 1-Zylinder-Maschine
4 x Brühgruppeneinsatz vom 05.06.2023 aus PVDF für Labormaschine, 1-Zylinder-Maschine und Messsystem sowie ein Muster
4 x Wasserverteiler vom 05.06.2023 aus PVDF für Labormaschine, 1-Zylinder-Maschine und Messsystem sowie ein Muster
Die Prototypenteile sollten bis spätestens Ende August geliefert werden.
Außerdem wurden 5 Duschesiebe von LFErsatzteile bestellt, die baugleich mit dem Duschesieb der Gaggia TE sind, da mit diesem Sieb während der Brühgruppenversuche die besten Ergebnisse erzielt wurden.
Die erforderlichen Gewindeeinsätze von Kerb-Konus in den Größen M4 und M5 sind im Labor vorrätig. Die Bestellung der M4- und M5-Senkkopfschrauben und der M4-Senkkopfmutterhülsen steht noch aus. Sobald diese Bestellung veranlasst wurde, können die Brühgruppen für Messsystem, Labormaschine und 1-Zylinder-Maschine montiert und getestet werden.
Damit ist die Entwicklung der Brühgruppe vorläufig abgeschlossen.
Felix Kistler, 21.06.2023
Schraubenauslegung für die angepasste Brühgruppe
Anpassung der Schnittstellendefinition
Aufgrund eines Konstruktionsfehlers im Halteblech der angepassten Brühgruppe wurde die Schnittstellendefinition vom 21.07.22 angepasst.
Globale Maße
- Ø Halteblech: 102,00 mm
- Ø Siebträgeraufnahme: 100,00 mm
- Ø Aussparung Drucksensor: 24,00 mm
- Ø Aussparung Rückspülleitung: 24,00 mm
- Ø Lochkreis: 40,00 mm
Maße Bohrungen Siebträgeraufnahme und Brühgruppeneinsatz
- Ø Durchgangsloch: 5,50 mm
- Ø Senkung: 9,00 mm
- Schrauben: M4x22 Senkkopf nach DIN ES ISO 10642
Bohrungen für Siebträgeraufnahme
- Lochkreis: 92 mm
Positionierung
- Ausgehend von 3 und 9 Uhr: +/- 6°, +/- 18°
- Ausgehend von 0 und 6 Uhr: +/- 10°
- Bohrungen für Brühgruppeneinsatz:
- Ø Lochkreis: 48 mm
- Ausgehend von 3 und 9 Uhr: +/- 45°
Felix Kistler, 20.06.2023
Das Befestigungskonzept aus [92] mit 24 Stk. M4x12 Senkkopfschrauben, die von unten und oben die Siebträgeraufnahme mit Halte- und Versteifungsblech verschrauben, wurde aufgrund fehlender Realisierbarkeit verworfen. Die maximal verfügbare Klemmlänge in diesem Konzept reicht nicht aus, um die entstehenden Kräfte im Betrieb auffangen zu können.
Es wurde ein neues Befestigungskonzept für die angepasste Brühgruppe definiert. Die Siebträgeraufnahme wird mithilfe von jeweils 12 Stk. M4x22 ISO 10642 Senkkopfschrauben und 12 Stk. M4x12 Senkkopfmutterhülsen aus Edelstahl zwischen Halte- und Versteifungsblech befestigt. Dazu werden die Senkkopfmutterhülsen immer abwechselnd von oben und unten in die Durchgangsbohrung geführt und anschließend mit einer Senkkopfschraube von der jeweils anderen Seite verschraubt. Auf diese Weise werden die entstehenden Querkräfte im Betrieb kompensiert. Die Schraubenauslegung ergab, dass M4-Schrauben bei einer Klemmlänge von 31 mm über den erforderlichen Spannungsquerschnitt verfügen, um die entstehenden Betriebskräfte auffangen zu können. Die Festigkeit der Schraubverbindung ist damit nachgewiesen.
Die M4x22 Senkkopfschrauben mit der Norm ISO 10642 sollen über Frantos.com bezogen werden. Die Senkkopfmutterhülsen sind nicht genormt und weisen je nach Hersteller unterschiedliche Bemaßungen auf. Als Lieferant für die Senkkopfmutterhülsen wurde kury.de gewählt. Die Konstruktion der Siebträgeraufnahme wurde entsprechend angepasst und die Durchgangsbohrungen für die Senkkopfmutterhülsen mit einem Durchmesser von 5,5 mm bemaßt. Die Konstruktion der angepassten Brühgruppe ist damit abgeschlossen.
Im weiteren Verlauf werden 3 Siebträgeraufnahmen aus dem Werkstoff MS58 mit dem letzten Konstruktionsstand vom 20.06.2023 bei InstaWerk angefragt. Die erforderlichen Senkkopfschrauben und Senkkopfmutterhülsen müssen für den Prototypenbau bei den entsprechenden Lieferanten zeitnah bestellt werden. Die STEP-Dateien der Einzelteile und der Gesamtbaugruppe als werden als ZIP-File im entsprechenden Verzeichnis abgelegt.
Felix Kistler, 25.05.2023
Die Stückliste der angepassten Brühgruppe für die Labor- und Glasboilermaschine wurde aktualisiert. Anstelle des Duschesiebs von IMS soll zukünftig das Duschesieb der Gaggia TE verwendet werden.
Für das Befestigungskonzept aus [92] wird eine erneute Schraubenauslegung benötigt. Die Länge und Anzahl der Schrauben muss gegebenenfalls angepasst werden.
Felix Kistler, 21.03.2023
Der Konstruktionsstand der Brühgruppe wurde überarbeitet. Die Eintauchtiefe des Brühgruppeneinsatzes wurde für eine Kaffeemenge von 18 Gramm ausgelegt. Die Komplexität des Wasserverteilers wurde verringert.
Erhöhung der Dicke der Verteilerplatte von 1 mm auf 3 mm
Im Konstruktionsstand des Wasserverteilers vom 26.09.2023 ist die Verteilerplatte mit einer Dicke von 1 mm bemaßt. Zur besseren Fertigbarkeit wurde die Stärke der Verteilerplatte auf 3 mm erhöht. Die Verteilerplatte ist nun beidseitig glatt.
Formschluss des Bolzens mit Brühgruppeneinsatz
Der am Bolzen des Wasserverteilers angebrachte Formschluss verhindert ein Überdrehen des M12-Gewindes, so dass die Lage des Wasserverteilers definiert ist. Auf der Unterseite des Wasserverteilers ist eine Phase eingebracht. Dies hilft einerseits den M5-Gewindeeinsatz einzusetzen und verspannt über die M5-Verschraubung das Duschesieb. Diese Maßnahme sichert die gleichmäßige Wasserverteilung.
Armin Rohnen, 03.02.2023
Aktuell sind die Änderungen an der Brühgruppe noch nicht finalisiert. Insbesondere fehlt die Entscheidung über die Eintauchtiefe des Brühgruppeneinsatzes.
Florian Todenhagen, 30.01.2023
Für die Kombination aus Schrittmotor SM149-25T-43 und manueller Drossel [AVS-Römer, Seite 119] an der Brühgruppe ist eine Halterung/Führung konstruiert worden.
Durch diese Halterung/Führung kann die Drossel an der Brühgruppe über die Betriebssoftware eingestellt werden. Hierfür wird der Schrittmotor in der Halterung festgeschraubt und die Halterung in die Führung eingeführt. Die Führung wird an der Brühgruppenhalterung verschraubt. Beide Bauteile werden mittels 3D-Druck mit dem Material Prusament PLA (von Prusa Polymers) gefertigt.
Für beide Bauteile ist noch ein Festigkeitsnachweis durchzuführen.
Felix Kistler, 06.11.2022
Durchzuführende Versuche mit dem Prototypen
Mit dem Prototypen der angepassten Brühgruppe müssen Versuche durchgeführt werden, um die aktuelle Konstruktion der angepassten Brühgruppe auf deren Eignung testen zu können.
Prüfung der Dichtheit
Zum einen muss die ausreichende Dichtheit der Brühgruppe bei einem Bezugsdruck zwischen 8 und 12 bar nachgewiesen werden. Dazu muss mit dem Prototypen Kaffee bezogen und evaluiert werden, ob der Kaffeebezugsdruck in der Brühgruppe kontinuierlich gehalten werden kann oder ob es während des Kaffeebezuges zu einem Druckverlust innerhalb der Brühgruppe kommt. Für die Versuche muss daher der neue Drucksensor von SEEED Studio in die Brühgruppe integriert werden, um den Druckverlauf innerhalb der Brühgruppe während des Kaffeebezuges nachvollziehen zu können.
Für die Implementierung des SEEED Drucksensors ist eine entsprechende Kernlochbohrung für ein G1/4"-Innengewinde auf der Oberseite des Brühgruppeneinsatzes vorgesehen. Über dieses Gewinde soll der SEEED Drucksensor in den Brühgruppeneinsatz geschraubt werden, da der Sensor standardmäßig über ein G1/4"-Außengewinde verfügt. Für die Brühgruppentests soll dazu das G1/4"-Innengewinde direkt in die Kernlochbohrung des Brühgruppeneinsatzes aus PVDF geschnitten und der Sensor anschließend eingeklebt werden, um eine ausreichende Dichtheit gewährleisten zu können. Vor dem Einkleben wird das Innengewinde mechanisch und chemisch gereinigt, um die maximale Festigkeit der Klebverbindung erreichen zu können.
Drei dieser SEEED-Drucksensoren sind im Labor vorrätig. Bevor jedoch mit der Integration des Drucksensors in den Brühgruppeneinsatz begonnen werden kann, muss zuerst die vollumfängliche Funktionalität des einzuklebenden Sensors nachgewiesen werden.
Ermittlung des Idealmaßes für die Eintauchtiefe des Brühgruppeneinsatzes
Zum anderen muss die erforderliche Eintauchtiefe des Brühgruppeneinsatzes in den Siebträger ermittelt werden, um Crema in vergleichbarer Qualität wie mit der Gaggia TE erzeugen zu können.
Das geschätzte Idealmaß der Eintauchtiefe wurde mithilfe der Vermessung der Brühgruppe in der Gaggia TE definiert. Die Eintauchtiefe des Brühgruppeneinsatzes bei der Gaggia TE beträgt 9,5 mm. Dieses Maß ist jedoch systembedingt und lässt sich jedoch nicht direkt ohne weitere Versuche auf die angepasste Brühgruppe übertragen. Da das wirkliche Idealmaß bei der Konstruktion des Brühgruppeneinsatzes nicht bekannt war, wurde die Eintauchtiefe mit 11,5 mm überbemaßt.
Während der durchzuführenden Brühgruppenversuche wird mit dem Prototypen der angepassten Brühgruppe und der Labormaschine Kaffee bezogen und das Maß der Eintauchtiefe variiert, um das Idealmaß zu ermitteln. Dazu wird während der Versuche manuell über Abdrehen Material vom Brühgruppeneinsatz in 0,5 mm-Schritten weggenommen und der Einfluss auf die Crema evaluiert.
Felix Kistler, 29.11.2022
Die Konstruktionsteile der Brühgruppe wurden zu Beginn des WiSe2022-23 extern in Fertigung gegeben und Anfang November geliefert.
1x Siebträgeraufnahme aus Aluminium
1x Brühgruppeneinsatz aus PVDF
1x Wasserverteiler aus PVDF
Für die Anbindung der angepassten Brühgruppe an die Labormaschine wird ein neues Halteblech benötigt. Die Maße des neuen Halteblechs wurde vom Halteblech der alten Brühgruppe übernommen. Das Lochbild wurde für die angepasste Brühgruppe verändert. Die Fertigung des Halteblechs für die angepasste Brühgruppe erfolgte intern über die Werkstatt der Hochschule.
Durchzuführende Versuche mit dem Prototypen
Mit dem Prototypen der angepassten Brühgruppe müssen Versuche durchgeführt werden, um die aktuelle Konstruktion der angepassten Brühgruppe auf Eignung testen zu können.
Prüfung der Dichtheit
Zum Einen muss die ausreichende Dichtheit der Brühgruppe bei einem Bezugsdruck zwischen 8 und 12 bar nachgewiesen werden. Dazu muss mit dem Prototypen Kaffee bezogen und evaluiert werden, ob der Kaffeebezugsdruck in der Brühgruppe kontinuierlich gehalten werden kann oder ob es während des Kaffeebezuges zu einem Druckverlust innerhalb der Brühgruppe kommt. Für die Versuche muss daher der neue Drucksensor von SEEED Studio in die Brühgruppe integriert werden, um den Druckverlauf innerhalb der Brühgruppe während des Kaffeebezuges nachvollziehen zu können. Für die Implementierung des SEEED Drucksensors ist eine entsprechende Kernlochbohrung für ein G1/4"-Innengewinde auf der Oberseite des Brühgruppeneinsatzes vorgesehen. Über dieses Gewinde soll der SEEED Drucksensor in den Brühgruppeneinsatz geschraubt werden, da der Sensor standardmäßig über ein G1/4"-Außengewinde verfügt. Für die Brühgruppentests soll dazu das G1/4"-Innengewinde direkt in die Kernlochbohrung des Brühgruppeneinsatzes aus PVDF geschnitten und der Sensor anschließend eingeklebt werden, um eine ausreichende Dichtheit gewährleisten zu können. Vor dem Einkleben wird das Innengewinde mechanisch und chemisch gereinigt, um die maximale Festigkeit der Klebverbindung erreichen zu können. Drei dieser SEEED-Drucksensoren sind im Labor vorrätig. Bevor jedoch mit der Integration des Drucksensors in den Brühgruppeneinsatz begonnen werden kann, muss zuerst die vollumfängliche Funktionalität des einzuklebenden Sensors nachgewiesen werden.
Ermittlung des Idealmaßes für die Eintauchtiefe des Brühgruppeneinsatzes
Zum Anderen muss die erforderliche Eintauchtiefe des Brühgruppeneinsatzes in den Siebträger ermittelt werden, um Crema in vergleichbarer Qualität wie mit der Gaggia TE erzeugen zu können. Dafür ist es nötig, den Prototypen in die Labormaschine zu integrieren. Das geschätzte Idealmaß der Eintauchtiefe wurde mithilfe der Vermessung der Brühgruppe in der Gaggia TE definiert. Die Eintauchtiefe des Brühgruppeneinsatzes bei der Gaggia TE beträgt 9,5 mm. Dieses Maß ist jedoch systembedingt und lässt sich nicht direkt ohne weitere Versuche auf die angepasste Brühgruppe übertragen. Da das wirkliche Idealmaß bei der Konstruktion des Brühgruppeneinsatzes nicht bekannt war, wurde die Eintauchtiefe mit 11,5 mm überbemaßt. Während der durchzuführenden Brühgruppenversuche soll mit dem Prototypen der angepassten Brühgruppe und der Labormaschine Kaffee bezogen werden und die Eintauchtiefe variiert werden, um das Maß für die beste Crema-Entwicklung zu ermitteln. Dazu wird während der Versuche manuell über Abdrehen Material vom Brühgruppeneinsatz in 0,5 mm-Schritten weggenommen und der Einfluss auf die Crema evaluiert. Auf diese Weise soll das wirkliche Idealmaß für die Eintauchtiefe ermittelt und in die Konstruktion der angepassten Brühgruppe übernommen werden.
Armin Rohnen, 05.11.2022
Im WiSe 2022/23 wird über die Projektarbeit in Zusammenarbeit mit Felix Kistler die überarbeitete Brühgruppe an der labortechnischen Espressomaschine angebaut und es wird die Betriebsfähigkeit hergestellt.
Felix Kistler behält die Konstruktionsverantwortung für den Brühgruppeneinsatz und dem Wasserverteiler.
Bis Ende WiSe 2022/23 soll die Eintauchtiefe des Brühgruppeneinsatzes definiert sein.
Die zukünftige Brühgruppenhalterung besteht aus einem Halteblech oberhalt der Siebträgeraufnahme und einem Versteifungsblech unterhalb der Siebträgeraufnahme. Die beiden Bleche werden über Senkkopfmuttern und M4 Gewindestangen als Paket verschraubt. Die Siebträgeraufnahme muss dazu entsprechend angepasst werden.
Felix Kistler, 03.11.2022
Konstruktion der angepassten Brühgruppe
Im Zuge der Konstruktion der angepassten Brühgruppe wurde zuerst die Schnittstelle zwischen Brühgruppeneinsatz, Siebträgeraufnahme und Halteblech definiert.
Globale Maße
- Ø Halteblech: 102,00 mm
- Ø Siebträgeraufnahme: 100,00 mm
- Ø Aussparung Drucksensor: 24,00 mm
- Ø Aussparung Rückspülleitung
- Ø Lochkreis: 40,00 mm
Maße Bohrungen Siebträgeraufnahme und Brühgruppeneinsatz
- Ø Durchgangsloch M4: 4,50 mm
- Ø Senkung M4: 10,00 mm
- Schrauben: M4x8 Senkkopf nach DIN ES ISO 10462
Bohrungen für Siebträgeraufnahme
- Lochkreis: 92 mm
Positionierung
- Ausgehend von 3 und 9 Uhr: +/- 10°, +/- 30°
- Ausgehend von 0 und 6 Uhr: +/- 10°
- Bohrungen für Brühgruppeneinsatz:
- Ø Lochkreis: 48 mm
- Ausgehend von 3 und 9 Uhr: +/- 45°
Armin Rohnen, 04.06.2022
Jonas Naumann hat am 03.06.2022 festgestellt, dass durch Fixieren der Siebträgeraufnahme ca. am Angriffspunkt der "Flügel" am Siebträger, also an der Stelle der höchsten Verspannkräfte, die Brühgruppe wohl dicht zu bekommen ist.
Daraus abgeleitet ergibt sich der hier zur Diskussion gestellte Vorschlag für die Brühgruppenanpassungen.
Annahmen
- Nutzbare Festigkeitswerte für PVDF - 25 N/mm2
- Maximale Kraft auf den beiden Flügel des Siebträgers aufgrund des maximal möglichen Pumpendrucks und der Siebträgerfläche Fmax = 5000 N je Flügel Fmax = 2500 N
- Gemäß Produktdatenblatt liegt die Streckgrenze für PVDF bei 55 N/mm2
- Die relevanten Maße wurden aus der bestehenden Konstruktion übernommen.
- Sicher ist der Durchmesser des Brühgruppeneinsatzes auf der Siebträgerseite. Dieser muß Systembedingt bei 58 mm liegen.
- Alle anderen Maße müssen anhand des bevorzugten Siebträgers verifiziert werden.
- Als Brühgruppendichtung wird eine Dichtung 73 x 57 x 8 angestrebt.
- G 1/4 Zoll Gewinde Außendurchmesser 13,157 mm, Kernlochdurchmesser 11,445 mm
Konstruktionsvorschlag - Brühgruppeneinsatz
Der Brühgruppeneinsatz wird in diesem Vorschlag nicht mehr von oben durch das Halteblech eingesetzt, sondern von unten am Halteblech mit Senkkopfschrauben verschraubt. Das Halteblech verfügt dabei über die passenden Senkungen für die Senkköpfe. Dies würde weitere Bauteile für die Aufnahme von Querkräften eliminieren, da die Senkungen die Querkräfte aufnehmen sollten.
Der Brühgruppeneinsatz verfügt über eine Nut zur Aufnahme der Brühgruppendichtung. Die Wandstärke des Brühgruppeneinsatzes unterhalb der Dichtungsnut sollte 4 mm wegen der zu erwartenden Scherspannung nicht unterschreiten.
Das Halteblech verfügt über Aussparungen an den Stellen für Wasserzulauf, Wasserrücklauf und Drucksensor.
Für bestehende Brühgruppen wird dies durch ein Zusatzblech realisiert.
Konstruktionsvorschlag - Wasserverteiler
Für die Wasser(vor)verteilung wird ein Wasserverteiler in die Wasserführungsbohrung eingeschraubt. Das Bauteil ist angelehnt an die E61 Brühgruppe. Diese Verfügt ebenfalls über einen eingeschraubten Wasserverteiler und zusätzlich über ein Duschesieb. Der Wasserverteiler wird ebenfalls aus PVDF hergestellt. In den Wasserverteiler wird die M5 Verschraubung für das Duschesieb aufgenommen.
Das M10 Gewinde wird erst im Labor geschnitten. Der Durmesser 10 Bolzen am Wasserverteiler soll über 4 Kerben mit 2,5 mm Tiefe für die Wasserführung verfügen. Das Kernloch im Siebträgereinsatz muß bei M10 8,5 mm Durchmesser aufweisen.
Der Wasserverteiler ermöglicht eine Vereinfachung der Wasserführung. So ist es möglich anhand einer senkrechten Bohrung das Wasser innerhalb des Einsatzes zu leiten. Bisher waren dort sternförmig mehrere Bohrungen angebracht. Dies ergibt auch mehr verfügbaren Bauraum innerhalb des Einsatzes.
Konstruktionsvorschlag - Siebträgeraufnahme
Bei der Siebträgeruafnahme entfallen gegenüber der aktuellen Konstruktion die beiden "Anschläge" zur Begrenzung der Siebträgerdrehung. Dadurch wird er verfügbare Bauraum für Verschraubungen verringert.
Antselle der bisherigen 2 mal 2 Stck. M5 Verschraubung werden mindestens 8 gleichverteilte oder 12 ungleichverteilte M4 Senkkopfschrauben verwendet. An der optimalen Position der "Flügel" am Siebträger sollten ein oder zwei Verschraubungen positioniert werden. Das Halteblech verfügt auch hierzu über die passenden Senkungen zur Aufnahme der Senkkopfschrauben. Dadurch können die bisherigen Spannstifte entfallen.
Die Siebträgeraufnahme bekommt dadurch einen Außendurchmesser von 98 mm (bisher 95 mm).
Die schiefe Ebene für die Verspannung des Siebträgers hat meinen Berechnungen nach eine Steigung von 1,56 ° und steigt von oben betrachtet gegen den Uhrzeigersinn an.
Konstruktionsvorschlag - Drucksensor
Der aktuell in Betracht gezogene Seeed Drucksensor verfügt über eine zu berücksichtigende Bauhöhe. Durch die Änderung der Wasserführung im Brühgruppeneinsatz ergibt sich Bauraum den Drucksensor zu versenken.
Als maximale, von der Verschraubung aufzunehmende Kraft, darf bei G 1/4 Zoll Gewinde höchstens 250 N angenommen werden. An den Gewindeflanken würde dann eine Spannung von 7,7 N/mm2 auftreten. Dies sollte vom PVDF aufgenommen werden können.
Zumindest für den Prototypen könnte der Sensor direkt in das PVDF eingeschraubt und mit Gewindedichtmasse verklebt werden.
Felix Kistler, 02.06.2022
Änderung des Gewindeeinsatzes für das Duschesieb
Der Gewindeeinsatz für das Duschesieb soll als M5 anstatt des gegenwärtigen M6 ausgeführt werden. Dazu muss die Bohrung im Brühgruppeneinsatz für den M5-Gewindeeinsatz angepasst werden.
Positionsänderung der ELSA-Anschlüsse für Wasserzulauf und -ablauf sowie des Drucksensors
Die Linie, auf der die ELSA-Anschlüsse für Wasserzulauf, Schmutzwasserablauf und die Aussparung für den Drucksensor befinden, soll in der oberen Ansicht in einem 90°-Winkel zu der vertikalen Mittellinie der Siebträgeraufnahme liegen.
Recherche und Implementierung eines alternativen Drucksensors
Der gegenwärtig verbaute Drucksensor von B+B wird in die Brühgruppe eingeklebt, was ein Qualitätsrisiko darstellt. Zusätzlich sind auch die Kabel auf dem Drucksensor nur aufgeklebt. Mit diesem Drucksensor wird in der Serie mit einer spätere Ausschussrate von um die 10% gerechnet, was die Qualitätskosten in die Höhe treibt. Diese Ausschussrate ist durch die Verklebungen begründet, die sich durch den Druck und durch die Temperatur in der Brühgruppe während des Kaffeebezugs lösen können, was einen Austausch des Sensors nach sich zieht. Diese Vermutung hat sich bei den Brühgruppenversuchen mit der labortechnischen Espressomaschine am 27.06.2022 bestätigt, bei denen sich die Verklebung des Drucksensors bei einem Druck von ca. 9,5 bar schlagartig gelöst hat.
Von daher soll ein neuer Drucksensor in die überarbeitete Brühgruppe implementiert werden, der nach Möglichkeit per Verschraubung in der Brühgruppe fixiert wird, für einen Betriebsdruck von 16 bar geeignet ist und über eine integrierte Signalaufbereitung verfügt. Für den Prototypenbau im kommenden Semester wurde bereits ein alternativer Drucksensoren von Seeed Studio bei mouser.de bestellt, der während der Inbetriebnahme auf dessen Eignung getestet werden soll. Dieser Drucksensor soll mit einem Kerbkonus in den Brühgruppeneinsatz der überarbeiteten Brühgruppe integriert werden.
Implementierung einer Dichtungsnut
Durch den Druck während des Kaffeebezugs entstehen Undichtigkeiten in der Brühgruppe. Von daher soll eine Dichtungsnut integriert werden, mit der die Dichtung während des Bezugs abgestützt wird und so ein Wegkippen bei hohem Druck verhindert. Diese Nut soll zum jetzigen Stand Teil des Brühgruppeneinsatzes aus PVDF sein und per Fräsen gefertigt werden.
Provisorisch wurden diese Dichtungsstützen für die gegenwärtige Brühgruppe per FLM-Druck aus PLA gefertigt, bei der Montage der Brühgruppe in die Siebträgeraufnahme eingesetzt und für die durchgeführten Brühgruppenversuche verwendet. Mit den 3D-Druckteilen wird die Brühgruppe jedoch nicht richtig dicht, sodass die Nut wahrscheinlich definitiv erforderlich wird.
Anpassen der erforderlichen Eintauchtiefe bzw. der Überstand des Brühgruppeneinsatzes in den Siebträger
Der Abstand zwischen der Oberkante der Dichtung und der Oberkante des Brühgruppeneinsatzes definiert, wie weit der Brühgruppeneinsatz mit dem Duschesieb in den Siebträger eintaucht. Diese Eintauchtiefe hat unter anderem Einfluss auf den entstehenden Druck auf den Kaffeepuck während der Preinfusion und der Extraktion. Der Druck hat wiederum Einfluss auf die Durchflussmenge und die Extraktionsdauer. Wichtige Bezugsgrößen wie der Brühgruppendruck, die Durchflussmenge und die Extraktionsdauer müssen in einem bestimmten vordefinierten Bereich liegen, um einen optimalen Kaffeebezug zu gewährleisten.
Nach Versuchen mit der gegenwärtigen Ausführung der Brühgruppe hat sich herausgestellt, dass die Eintauchtiefe bzw. der Überstand des Brühgruppeneinsatzes noch nicht richtig bemaßt ist, da weder das Aussehen noch die Qualität der entstehenden Crema mit der Crema renommierter Maschinen vergleichbar ist. Zusätzlich ist der Kaffeepuck nach Bezug meist schlammig und es befindet sich noch viel Wasser im Siebträger. Bei vergleichbaren Maschinen ist dieser Kaffeepuck im Gegensatz dazu eher trocken und weist einen leichten Abdruck des Duschesiebs auf.
Um das Idealmaß der Eintauchtiefe ermitteln zu können, müssen weitere Versuche mit der gegenwärtigen Brühgruppe durchgeführt und mit den Bemaßungen und Bezugsgrößen renommierter Maschinen verglichen werden. Ziel ist es, ein vergleichbares Ergebnis zu erzielen, sodass die Änderungen an der Brühgruppe vorgenommen werden können.
Armin Rohnen, 13.05.2022
Im Zuge der Inbetriebnahme ergab sich Änderungsbedarf
- der Gewindeeinsatz für das Duschesieb muss in M5 ausgeführt werden
- die Positionierung von Wasserzulauf, Schmutzwasserablauf und Drucksensor sollte 90 ° zur Siebträgerhalterung sein
- u.u. kippt die Siebträgerdichtung bei hohem Druck weg und es entstehen Undichtigkeiten. Für die Siebträgerdichtung wird damit eine Dichtungsnut erforderlich.
- die Eintauchtiefe des Kunstoffeinsatzes in den Siebträger muss identisch zur E61 Brühgruppe sein