Versuche:Mischwassertemperatur-Druck

08.05.2023 Simon Thrainer

Aus den Versuchsdaten wurden Kennfelder (Abbildung 5 und 6) erstellt, die die Entwicklung des Brühgruppendrucks über 20 Sekunden, nachdem der Druck das erste Mal über 200 mbar ansteigt, zeigt. Die Versuche wurden für die Bypassstellungen 0 und 50 bei den Mischwassertemperaturen (zu Beginn des Bezugs) 24 °C (nur Bypass 0), 25 °C (nur Bypass 50), 40 °C, 50 °C, 60 °C, 70 °C, 80 °C und 90 °C durchgeführt.

Abbildung 5: Kennfeld Brühgruppendruck Bypass 0

Abbildung 6: Kennfeld Brühgruppendruck Bypass 50

Außerdem wurden die Kennlinien für die Brühgruppendrücke nach jeweils 10 s (Abbildung 7: BP0 und Abbildung 9: BP50) und 20 s (Abbildung 8: BP0 und Abbildung 10: BP50) erstellt.

Abbildung 7: Kennlinie Brühgruppendruck Bypass 0 nach 10 s

Abbildung 8: Kennlinie Brühgruppendruck Bypass 0 nach 20 s

Abbildung 9: Kennlinie Brühgruppendruck Bypass 0 nach 10 s

Abbildung 10: Kennlinie Brühgruppendruck Bypass 50 nach 20 s

Die Versuchsergebnisse sind bereits im Wiki-Eintrag vom 25.04.23 beschrieben und die zugehörigen Versuchsdaten können hier heruntergeladen werden.

Simon Thrainer, 25.04.2023

1. verwendete Parameter

Um den maximalen Brühgruppendruck bei Kaffeebezug in Abhängigkeit von der Mischwassertemperatur zu untersuchen, wurden am Mo, 17.04.23 Versuche mit den folgenden Parametern durchgeführt:
• Mahlgrad: 3
• Kaffeemenge: 17,5 g
• Tamperdruck: 12 kg
• Pumpensteuerspannnung: 2000mV
• Bypass: 50 (Versuchsreihe 1) und 0 (Versuchsreihe 2)
• Mischwassertemperatur zu Beginn des Bezugs: 24°C (nur Bypass 0), 40°C, 50°C, 60°C, 70°C, 80°C, 90°C

2. Allgemeine Beobachtungen

Grundsätzlich war bei beiden Bypassstellungen zu sehen, dass der maximal erreichte Brühgruppendruck mit höherer Temperatur zunimmt und der Durchfluss abnimmt (s. Abbildung 1&2).
Dabei sei angemerkt, dass bei Bypass 0 der maximale Druck von 13,2 bar (bei dem sich normalerweise die Pumpe abschaltet), bereits bei einer Temperatur von 40°C erreicht wird, und sich bei höheren Temperaturen nur noch die Geschwindigkeit des Druckanstiegs steigert und der Durchfluss abnimmt. Der Grenzwert von 13,2 bar ist gegeben durch den Messbereich des Drucksensors in der Brühgruppe.

3. Versuchsreihe mit Bypass 0

Die Diagramme für Bypass 0 bei 24°C und 90°C Mischwassertemperatur im Vergleich:

Abbildung 1: BP0, 24°C: Der Druck steigt über ca. 60 s auf ein Maximum von ca. 12 bar an der Durchfluss pendelt sich bei ca. 1,2 cm³/s ein.

Abbildung 2: BP0, 90°C: Der Druck steigt in ca. 10 s auf Maximaldruck an, der Durchfluss liegt bei ca. 0,8 cm³/s.

4. Versuchsreihe mit Bypass 50

Bei Bypass 50 stellt sich ein geringerer maximaler Druck von ca. 10 bar ein, der allerdings erst bei 90°C erreicht wird. Der Durchfluss ist mit 0,4…1 cm³/s allgemein geringer als beim geschlossenen Bypass. Die Beobachtungen sind ähnlich zu denen bei Bypass 0.

5. Temperaturdifferenz zwischen Mischwasser und Brühgruppe

Abbildung 3: BP0, 60°C: Temperaturdifferenz zwischen Mischwasser und Brühgruppe ca. 5…10°C

Des Weiteren wurde bei den Versuchen festgestellt, dass sich die Temperaturdifferenz zwischen Mischwasser- und Brühgruppentemperatur mit steigenden absoluten Temperaturen vergrößert. Es wird auch ein Einfluss des Durchflusses auf den Temperaturunterschied vermutet, sodass bei geringerem Durchfluss weniger Wärme zur Brühgruppe transportiert wird und auch dadurch die Differenz größer wird, was aber nicht belegt ist.

Der Unterschied von ca. 5…10°C zwischen Mischwasser und Brühgruppe bei 60°C (Abbildung 3) Mischwassertemperatur ist geringer als der Unterschied von ca. 20…25°C bei 90°C (Abbildung 2) Mischwassertemperatur. Die Einflüsse auf Unterschiede zwischen Mischwasser- und Brühgruppentemperatur können von einer zukünftigen Versuchsgruppe genauer untersucht werden.

Es kann vorkommen, dass die Brühgruppentemperatur über die des Mischwassers ansteigt (Abbildung 4). Das liegt an den Magnetventilen, die dem Wasser aufgrund der Wärmeleitfähigkeit der Messingkörper sowohl Wärme entziehen als auch zuführen können, je nachdem wie stark sich die Ventile im vorherigen Betrieb aufgeheizt haben. Bei zukünftig verwendeten Kunststoffventilen sollte dieser Effekt nicht mehr bzw. nur schwach auftreten

Abbildung 4: BP 50, 40°C: Brühgruppentemperatur höher als Mischwassertemperatur

6. Anmerkungen

Die quantitative Auswertung der gesammelten Daten und die Erstellung von Kennlinien erfolgt nach der Besprechung der Erkenntnisse am 21.04.23.

Im Verlauf des Labortags wurde eine neue Packung des Werkstattkaffees vom 18.02.23 geöffnet.

Armin Rohnen, 18.04.2023

Durch Versuche für die Rückspülerkennung wurde festgestellt, dass sich bei kaltem Wasser ein anderer Brühgruppendruck einstellt als bei heißem Wasser. Daher wurde definiert, dass unter Gleichhaltung von Kaffeemahlgrad, Kaffeemenge, Tamperdruck und Pumpensteuerspannung ein Versuch durchgeführt wird, bei dem die Mischwassertemperatur in definierten Stufen variiert wird.

Der Versuch kann um die Variation der Pumpensteuerspannung erweitert werden.