Spülvorgänge (Labor)

Madita vom Stein, 21.04.2023

Für die Einführung eines Reinigungsprogrammes wurden am 17.04.2023 weitere Versuche durchgeführt. Durch die Versuche sollte die Unterscheidbarkeit von Fehlerfällen zu den beiden Reinigungsoptionen (Flush oder Rückspülung) anhand des Brühgruppendruckes, sowie des Durchflusses quantifiziert werden. Die einzelnen Fälle sind im Eintrag vom 04.04.2023 näher erläutert. In den Versuchen wurde der Fehlerfall, also der Start des Reinigungsprogrammes bei eingespanntem Siebträger mit Kaffee, mit variierenden Parametern simuliert. Im Reinigungsprogramm wird voraussichtlich eine Wassertemperatur an der Brühgruppe um die 70 °C angestrebt, wobei der genaue Temperaturwert bei der Kaffeewerkstatt München erfragt wird. Der Versuch mit den Parametern 2000 mV Pumpenleistung, Durchflussventil 80 % geschlossen, Pumpenbypass 0 % offen, Mahlgrad 4 hat ergeben, dass der in diesem Fall auftretende Maximaldruck in der Brühgruppe von 10,5 bar nach 20 Sekunden auftritt. Dadurch, und durch die vorangegangenen Versuche mit Blindsieb und ohne Gegendruck, ist die Fallunterscheidung nach 15-20 Sekunden mit folgenden Werten für das Reinigungsprogramm denkbar. Vorausgesetzt ist aktuell ein Reinigungsprogramm, das mit 2000 mV Pumpenleistung, 80% geschlossenem Dosierventil und geschlossenem Pumpenbypass fährt [Diagramm 1]. Sind 15-20 Sekunden nach Start des Reinigungsprogrammes gleichzeitig der Durchfluss höher als 3 ccm/s und der Boilerdruck kleiner als drei bar, so wird der Fall 1) Flush erkannt. Dieses Reinigungsprogramm wurde also korrekt durchlaufen und stoppt nun regulär. Werden nach Ablauf von 15-20 Sekunden nach Start der Reinigung hingegen ein Durchfluss von kleiner 1 ccm/s, sowie ein Boilerdruck von über 12 bar gemessen, wird der Fall 2) Rückspülung erkannt. Aufgrund des Blindsiebs liegt ein hoher Druck vor, der wiederum das Abschalten der Pumpe herbeiführt und den Durchfluss stoppt. Es wird eine noch näher zu spezifizierende Zeit lang abgewartet, damit das Reinigungsmittel in das Blindsieb und in die Brühgruppe einwirken kann. Ob zusätzlich ein mehrmaliger Druckaufbau zur Reinigung notwendig ist, wird noch festgestellt. Anschließend wird die Pumpenleistung wieder auf 2000 mV gesetzt, um zu spülen. Hierfür wird das Rückspülventil (Y08) geöffnet. Hiernach stoppt der Durchfluss erneut, damit das Reinigungsmittel auch in den Schläuchen der Rückspülung einwirken kann. Zum Abschluss des Programmes wird die Pumpe noch einmal aktiviert und so die Maschine gespült. Liegt keiner der beiden beschriebenen Parameterkombinationen vor, liegt ein Fehlerfall vor. Sollte ein Siebträger mit Kaffee eingespannt sein und versehentlich die Reinigung gestartet werden, liegt ein Brühgruppendruck von ungefähr 10,5 bar vor und es gibt je nach Mahlgrad wenig bis keinen Durchfluss. Es wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Mit den genannten drei Parameterkombinationen sind die beiden Reinigungsoptionen, sowie der vorstellbare Fehlerfall abgedeckt. Um auch auf weitere, nicht absehbare Fehler durch fehlerhafte Betätigung des Reinigungsprogrammes korrekt reagieren zu können, soll der Fehlerfall im Programmcode nicht als weitere If-Abfrage mit Parametern erkannt werden, sondern automatisch durch eine „else“-Anweisung eingeleitet werden, sollte keiner der beiden Reinigungszustände durch die Doppelwertprüfung erkannt werden.

Übersicht über die Versuchsdaten

Pumpenleistung 2000 mV, Dosierventilstellung 80, Bypass 0, Mahlgrad 4, Reinigungstemperatur (ca. 70 °C) -> ca. 10,5 bar max. Brühgruppendruck nach ca. 20 sek.

Abbildung 4: Bildunterschrift

Hendrik Wegjan, 04.04.2023

Abbildung 1: Erreichen des Maximaldrucks mit Blindsieb (Fall 2)

Abbildung 2: Erreichen des Maximaldrucks bei Kaffeebezug mit Mahlgrad 3 (Fehlerfall)

Abbildung 3: Kaffeebezug mit Mahlgrad 4, kein Erreichen d. Maximaldrucks

Für die Umsetzung der Spülvorgänge wurden zunächst geeignete Prüfparameter zur Unterscheidung der einzelnen Prozesse definiert.

Fall 1) Kein Siebträger oder Siebträger ohne Kaffeepuck
Im Fall 1 bildet sich an der Brühgruppe kein/kaum Gegendruck auf, als erster Grenzwert wurde 1 bar festgehalten. Außerdem steigt der Durchfluss deutlich über 1cm³/s an. Bei Erkennung dieses Falles wird ein sogenannter „Flush“ (Durchspülung) aktiviert.

Fall 2) Siebträger mit Blindsieb
Hier entsteht der bei der vorgegebenen Pumpenleistung maximal mögliche Gegendruck in der Brühgruppe, zudem wird der Durchfluss 0. Bei Erkennung dieses Falles wird eine Rückspülreinigung initiiert.

Fall 3) Siebträger mit Kaffeepuck (Fehlerfall)
Bei einem regelkonformen Kaffeebezug entsteht ein Brühgruppendruck von ca 9 bar und ein Durchfluss von 1 cm³/s. Diese Werte werden auch hier verwendet, um die fehlerhafte Eingabe zu erkennen. Bei Erkennung dieses Falles wird ein Fehler ausgegeben.

Weiterhin wurde ein geschlossener Bypass für sämtliche Reinigungsprogramme definiert. Zielsetzung ist es, eine Reinigung mit möglichst hohem Druck (Fall 2) bzw. mit möglichst hohem Durchfluss (Fall 1) und somit in möglichst kurzer Zeit durchzuführen. Die Wirksamkeit dieser Parameter muss noch ermittelt werden.
Direkt zu Beginn der Versuchsreihe wurde neues Kaffeepulver (Tanzania Coffee, Röstzeit 18:19 Minuten, T-Out 186 °C) geöffnet. Dies führte zu Problemen im parametrierten Kaffeebezug. Ferner ist auch die Bypass-Schließung als Problemfaktor zu notieren.
Eine Unterscheidung zwischen Fall 1 und 2 gelang sehr zügig, da beide Messwerte (Durchfluss und Brühgruppendruck) stark divergieren.
Problematisch gestaltet sich die Erkennung des Fehlerfalls 3. Bei den gefahrenen Testreihen konnte zeitweise kein Unterschied zwischen Fall 2 und 3 erkannt werden, da sich in beiden Fällen ein Gegendruck von ca 13 bar und ein Durchfluss von 0 cm³/s einstellte (s. Abb. 1 und 2).
Eine Veränderung des Mahlgrades verbesserte die Differenzierung zwischen Fall 2 und 3, da nun ein Durchfluss (ca. 1,5 cm³/s) sowie ein geringerer statischer Brühgruppendruck (9-11 bar je nach Mahlgrad) für Fall 3 festgestellt werden konnte (s. Abb. 3).

Als erste Erkenntnis kann somit festgehalten werden, dass ein spezifischer Mahlgrad je nach Kaffeesorte eingehalten werden muss, um eine fehlerfreie Erkennung zwischen Fall 2 und 3 zu ermöglichen.
Im aktuellen Fall (Pumpenleistung 2000 mV; Bypass 0; Dosierventil 30; Tanzania Coffee, Röstzeit 18:19 Minuten, T-Out 186 °C) ist dies der Mahlgrad 4.
Folgeversuche sind jedoch notwendig, um eine gewisse Wiederholgenauigkeit erzielen zu können.
Sind diese erfolgreich, so kann eine erste Programmierung der Fallunterscheidung vorgenommen werden.
Außerdem ist es sinnvoll, eine Kennlinie Maximaler Brühgruppendruck bei Bypass auf 0 Schritte/Pumpenleistung zu erstellen, um das Reinigungsprogramm auch für neue Parameter zu befähigen.
Im weiteren Verlauf (voraussichtlich nach der initialen Programmierung und Testphase) muss geprüft werden, inwiefern der Parameter Durchfluss als Messwert zur frühzeitigen Erkennung des Falles 2 geeignet ist. In Testläufen dauerte es ca. 15 Sekunden, bis ein Durchfluss von 0 und somit das Vorliegen einer Rückspül-Reinigung festgestellt werden konnte.

Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass bei einer Miteinbeziehung dieses Wertes in die Fallunterscheidung frühestens nach 15-20 Sekunden erkannt werden kann, ob tatsächlich eine Rückspülreinigung stattfinden soll oder ob der Fehlerfall 3 eingetreten ist.

Armin Rohnen, 21.02.2022

Auf Tastendruck soll ein Spülvorgang ausgelöst werden. Befindet sich kein Blindsieb im Siebträger ist bei definierter Pumpenleistung ein Durchfluss zu erkennen. Dabei sollte zwischen dem Zuständen "Siebträger mit Kaffeepuk", "Siebträger ohne Kaffeepuk" und "ohne Siebträger" unterschieden werden können. Für die Fälle "Siebträger ohne Kaffeepuk" und "ohne Siebträger" soll ein Flush-Vorgang aktiviert werden. Für "Siebträger mit Kaffeepuk" wird eine Fehlbedienung angenommen.

Befindet sich ein Blindsieb im Siebträger, dann stellt sich bei definierter Pumpenleistung ein statischer Druck ein und es erfolgt kein bzw. lediglich marginaler Durchfluss. Dieses Merkmal wird dazu verwendet eine halbautomatische Rückspülreinigung durch zu führen.