Simulation 2018

Aus Technische Beeinflussbarkeit der Geschmacksache Kaffee
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Simulationsmodell einer Siebträger Kaffeemaschine

Verfasser

Matthias Kretzschmar
Joshua Bauske
Christoph Binder

Einleitung

Auf dem Markt gibt es eine Vielzahl an Siebträger Espressomaschinen in unterschiedlichsten Ausführungen und Preisklassen zu kaufen. Eine Analyse verschiedener Maschinen hat gezeigt, dass selbst renommierte Hersteller der gezielten Beeinflussung der geschmacksrelevanten Größen Wassertemperatur und Durchflussgeschwindigkeit zu wenig Bedeutung widmen. Vor diesem Hintergrund entstand am Maschinendynamischen Labor der Hochschule München der Ansporn eine Labortechnische Espressomaschine zu entwickeln, die es erlaubt technisch relevante Größen an wichtigen Komponenten der Maschine zu bestimmen und durch Veränderung dieser Rückschlüsse auf die Geschmacksentwicklung ziehen zu können. Im Rahmen einer vorangegangenen Bachelorarbeit ist in Kooperation mit der Kaffeewerkstatt München bereits ein Prototyp der Maschine entwickelt worden. Als nächster Schritt im Entwicklungsprozess entsteht nun im Rahmen dieser Arbeit ein Simulationsmodell für diesen Prototyp. Um einen allgemeine Überblick über die Siebträger-Kaffeemaschine zu erhalten, wird zuerst der prinzipielle Aufbau dargestellt. Das darauffolgende Kapitel geht kurz auf die Projektplanung ein, wodurch man eine genauere Gesamtübersicht über das Projekt erhält.

Anschließend werden die thermodynamischen Zusammenhänge in der Kaffeemaschine dargestellt, wobei als erstes einige grundlegende Sachen erklärt werden, bevor es später zur Berechnung der einzelnen Systeme kommt.

Abschließend findet die Überführung der physikalischen Gleichung in ein MATLAB-Simulink-Modell statt.

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung
2. Aufbau Siebträgermaschine
3. Projektplanung
4. Thermodynamik
4.1. Definition Wärmeleitung (Konduktion)
4.2. Definition Wärmeströmung (Konvektion)
4.3. Definition Wärmestrahlung
4.4. Thermodynamische Einflüsse
4.4.1. Beachtete Einflüsse
4.4.2. Nicht beachtete Einflüsse
5. Versuch mit den realen Boilern
5.1. Versuchsziel
5.2. Versuchsaufbau
5.3. Versuchsdurchführung
5.4. Versuchsauswertung
5.4.1. Graphische Veranschaulichung und Interpretation der Messergebnisse
5.4.2. Berechnung von Rth
5.4.2.1. Allgemeines
5.4.2.2. Aufheizung
5.4.2.3. Abkühlung
6. Problematik der thermischen Schichtung
6.1. Konzepte zur Unterbindung
6.1.1. Kaffeeboiler nacheinander durchspülen
6.1.2. Kaffeeboiler und Vorwärmboiler gleichzeitig erhitzen
6.1.3. Kaffeeboiler über Betriebstemperatur heizen
6.2. Bewertung der Konzepte
6.2.1. Kaffeeboiler für den Teewasserbezug
7. Berechnung der Aufheizzeit der Brühgruppe
8. Simulink Modell
8.1. Einführung
8.2. Regelstrecke
8.3.1. Zweipunktregler
8.3.2. PID-Regler
8.3.2.1. Aufbau des PID-Reglers
8.3.2.2. Auslegung des PID-Reglers
8.3.Thermometer
8.4. Espressobezug
8.5. Simulink Gesamtsystem
8.6. Ergebnisse der Simulation
8.6.2. Aufheizzeit
9. Fazit

Dateien

Datei:Simulationsmodell einer siebtraeger Espressomaschine.pdf