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Motor V3 – Endlich mit 80 Umdrehungen!

Florian Schmid — Mon, 20 Apr 2020 08:30:07 +0000

Alle guten Dinge sind ja bekanntlich drei! Hoffentlich gilt das auch für unseren neuen Motor. Der letzte Austausch hat uns ja bereits mehr Leistung verschafft aber leider noch nicht die gewünschte Drehzahl. Und jedes Mal, wenn wir die Bohnen in der Trommel beobachtet hatten, haben wir festgestellt, dass die Bohnen nicht genug in Bewegung sind und doch mehr oder weniger auf einem „Haufen“ liegen. Also: Neuer Motor, neuer Umbau, neues Glück! Nachdem wir einige Schwierigkeiten beim Einbau hatten, waren wir sehr froh, als der Motor endlich fest und richtig ausgerichtet saß. Die Aufnahme für die Achse war leider ca. 3 Millimeter kürzer als vorher und hat dadurch nicht mehr in die Führung am Gehäuse gepasst. Daher wurden mal wieder Teile des Original Gehäuses ausgesägt und neuer Platz für den Motor geschafft. Wir sind wirklich gespannt, wie lange wir die Fritteuse so noch missbrauchen können. Aber wir hoffen, dass sie noch lange durchhält. 80 Umdrehungen pro Minute Wir hatten im Beitrag zum Motor V2 schon mal thematisiert, wie die optimale Drehzahl für unsere Trommel sein müsste. Demnach sind 80 Umdrehungen pro Minuten die untere akzeptable Grenze. Also wollten wir auch wirklich mal 80 Umdrehungen pro Minute erreichen. Nun ist es endlich so weit und der erste Test hat gezeigt, dass es sich definitiv gelohnt hat. Die Bohnen haben das erste mal abgehoben und eine schöne Flugbahn in der Trommel eingenommen. Die Erhöhung der Drehzahl hat zur Folge, dass die Bohnen deutlich besser durchmischt werden und sich sozusagen voneinander lösen und nicht nur auf einem Haufen in einem Bereich der Trommel liegen. Das hilft dabei, dass alle Bohnen gleichmäßiger geröstet werden, die Wärmeübertragung in der Trommel verbessert wird und wir ein einheitlicheres Röstbild erhalten. Im folgenden Bild seht ihr zwei Röstungen eines Costa Rica Tarrazu Kaffees. Links/oben: Röstung mit neuem Motor, Rechts/unten: Röstung mit altem Motor. Im linken/oberen Bild kann man klar sehen, dass der Spalt der Bohnen sich deutlicher verbreitert hat und die Bohnen sich auch mehr aufgebläht haben. Dies bedeutet, dass sie sich allgemein besser entwickelt haben. Was wir noch feststellen konnten ist, der Unterschied beim Biss auf die Bohne. Die Bohnen, die mit dem neuen Motor geröstet wurden, sind besser durchgeröstet und haben keinen harten Kern mehr. Und der RoR-Crash? Die ersten Röstungen haben gezeigt, dass die Veränderung uns auch im Bereich des First-Crack helfen. Dadurch, dass die Bohnen nicht mehr so „aneinander kleben“, kann die entstehende Feuchtigkeit am First-Crack besser weggeschafft werden und der RoR-Crash nach dem First-Crack blieb bisher aus. Wir hoffen, dass das auch bei den kommenden Röstungen so bleibt und wir dadurch die Qualität der Röstungen nochmal deutlich steigern können. Hier mal noch ein erstes und aktuelles Röstprofil zur Veranschaulichung. Man sieht deutlich, dass die RoR-Kurve deutlich geschmeidiger verläuft und auch im Bereich des First-Crack sehr stabil bleibt. Wir gehen aber davon aus, dass das nun auch der letzte Motor für die Fritteuse wird, da die Befestigung immer komplizierter wird und wir nicht wissen, wie lange die Aufnahmen des Kunststoffgehäuses das noch mitmachen. Aber dieser Umbau war wirklich notwendig und für ein großer Schritt nach vorne. Wir sind Happy und rösten munter weiter.

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Motor V2 und die Umdrehungen pro Minute

Florian Schmid — Mon, 20 Jan 2020 17:30:30 +0000

Nachdem wir mit den alten Motoren schnell an die Grenze der Belastbarkeit kamen, haben wir uns entschlossen einen größeren Typ Motor zu verbauen. Wohlwissend, dass das nicht spurlos an unserem Gehäuse vorbeigehen wird. Für den Umbau haben wir einige Kunststoffteile entfernen müssen und ebenso die Halterung für den Motor überarbeiten. Ich denke, das lässt sich leicht ableiten, wenn man den neuen Motor (rechts im Beitragsbild) anschaut. Wir haben in letzter Zeit immer mehr Probleme beim Anlaufen der Trommel nach dem Einfüllen des Rohkaffees gehabt. Dabei stotterte die Trommel bedenklich, bis sie schlussendlich nicht mehr anlief. Sicherlich wurde die Belastung des Motors gesteigert, da die Trommel V2 um 2 cm im Durchmesser zugelegt hat. Da uns aber die neue Trommel bisher gut gefallen hat, wollen diese nicht wieder hergeben und haben entschlossen, dass ein neuer Motor eingebaut wird. Der neue Motor hat im Vergleich zum alten Motor 10 Umdrehungen pro Minute mehr, sowie eine Leistung von 14 Watt (statt vorher 6 Watt). Ebenso ist das Drehmoment des Motors höher, sodass das Anlaufen der Trommel nun problemlos klappt. Die Trommel läuft auch deutlich runder, da der Motor mit der Masse der umherfliegenden Bohnen besser umgehen kann. Über die Langlebigkeit werden wir später mehr berichten, wenn wir es selbst wissen. Die Trommelgeschwindigkeit Die Trommelgeschwindigkeit ist eine wichtige Größe beim Rösten. Über die Geschwindigkeit wird geregelt, wie die Bohnen sich in der Trommel verhalten. Dadurch wird das Maß der konduktiven bzw. konvektiven Wärmeübertragung bestimmt. Wenn die Trommel zu langsam dreht, haben die Bohnen zu lange Kontakt zur heißen Trommel und verbrennen an der Außenseite. Die Steigerung der Umdrehungen pro Minute erhöht damit die konvektive Wärmeübertragung und verringert gleichzeitig die konduktive Übertragung. Dies hat zur Folge, dass die Bohnen kürzere Kontaktzeiten zur heißen Trommel haben und mehr Wärme über die heiße Luft übertragen wird. Eine ideale Einstellung der Umdrehungen pr Minuten führt zu einem gleichmäßigeren Röstbild und einem besseren Röstergebnis. Die Verteilung der Wärmeübertragung sollte ungefähr im Verhältnis 70/30 sein (70% konvektiv, 30% konduktiv). Für alle die selbst am überlegen sind, eventuell mal ihre Trommelgeschwindigkeit anzupassen: Wir haben dazu eine schöne Formel für die Berechnung gefunden. Mit dieser kann man berechnen, ab wann die Bohnen sich nicht mehr von der Trommelwand lösen würden, und damit am Rand „kleben“ würden. Von diesem errechneten Wert zieht man dann 10 – 25% ab und hat damit einen idealen Bereich für die Umdrehungen pro Minute der Trommel. Der Wert ist logischerweise hauptsächlich vom Radius/Durchmesser der Trommel abhängig. Die Formel Formel: 30 / PI * Wurzel aus (9,81 m/s² / Radius der Trommel in Meter) In unserem Fall: 30 / 3,14 * Wurzel (9,81 / 0,07) = 113 U/min Als obere Grenze (-10%): 102 Umdrehungen pro Minute, untere Grenze (-25%): 85 Umdrehungen pro Minute. Leider haben wir lediglich die Auswahl zwischen 110 und 60 Umdrehungen pro Minute bei dem Motor gehabt und haben uns daher für einen nicht ganz optimalen Wert von 60 entschieden. Vielleicht finden wir in Zukunft einen noch passenderen Motor oder schaffen es sogar eine variable Geschwindigkeit zu ermöglichen. Wir werden es sehen… Link zum Dokument: https://folk.ntnu.no/skoge/prost/proceedings/aiche-2005/topical/pdffiles/T9/papers/600b.pdf

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Rösttrommel V2

Florian Schmid — Thu, 02 Jan 2020 12:00:23 +0000

Als wir uns die Fritteuse gekauft haben, haben wir die Original Trommel erstmal zur Seite gelegt und einen Nachbau bestellt. Diese haben wir dann umgebaut. Allerdings zeigte sich relativ schnell, dass nicht alle Lötstellen sehr stabil waren und es haben sich einige Teile gelöst. Vielleicht liegt es daran, dass wir die Trommel etwas zweckentfremdet haben. Aber mal sehen, was also die zweite Version der Trommel so kann. Für die Rösttrommel V2 haben wir die letzten Röstergebnisse nochmal genauer angeschaut und überlegt, was wir verändern möchten. Das Ergebnis: Den Durchmesser vergrößern von 12cm auf 14 cm Die Anzahl der Flachwinkel anpassen an den neuen Durchmesser Die Anzahl der Querstreben erhöhen von 1 auf 3. Kontaktwärme Aus den Erfahrungen konnten wir mitnehmen, dass die Flachwinkel in der Trommel eine gute Menge an Kontaktwärme liefern. Ebenso haben sie einen positiven Einfluss auf die Konstanz der Temperatur. Deswegen haben wir die Menge der Flachwinkel lediglich an die größe Oberfläche der neuen Trommel angepasst. Die Abstände sind allerdings etwas größer geworden, da sonst die Trommel zu schwer geworden wäre und der Motor damit Probleme bekommen würde. Durchmischung In der ersten Trommel gab es genau eine Querstrebe, die bereits in der Trommel eingebaut war. Da wir die Bohnen aber konstant in Bewegung halten wollen, haben wir beschlossen, dass wir die Anzahl von 1 auf 3 erhöhen. Die Streben haben wir selbst aus einem Alu-Profil gebaut und konnten so deren Höhe etwas verringern, sodass die Bohnen optimal durchmischt und gleichzeitig auch gut mitgenommen werden. Durchmesser Durch die letzten Röstungen konnten wir festellen, dass 300 – 333 Gramm eine gute Menge an Bohnen für einen Röstvorgang in der Fritteuse sind. Allerdings wurde der Platz in der Trommel teilweise etwas knapp und sie war damit leicht überfüllt. Die neue Variante hat einen um 2 cm größeren Durchmesser, was sich sehr positiv auf die Platzverhältnisse auswirkt. Dadurch sollte die Wärmeverteilung in der Trommel gleichmäßiger sein und die Feuchtigkeit besser abtransportiert werden, wenn der First-Crack im vollen Gange ist. Zusätzlich haben wir die Befestigung der Achse etwas optimiert, damit die Trommel eine geringere Unwucht aufweist. Das wird sicher nie perfekt, aber sie dreht deutlich ruhiger als vorher. Wir werden sehen, was die neue Trommel für Ergebnisse liefert. Sehr bald werden wir über die erste Röstung mit der neuen Trommel berichten.

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Der DIY-Bohnenkühler

Florian Schmid — Sat, 23 Nov 2019 16:00:00 +0000

Wenn man an Kaffeerösten denkt, denkt man meist nur an den Röstprozess in der Rösttrommel und vergisst dabei, dass die rasche Kühlung der Bohnen ebenso wichtig ist. Das zügige Beenden des Röstprozesses spielt eine wichtige Rolle, damit der Kaffee auf den Punkt geröstet werden kann. Die schnelle Kühlung unterbindet den weiteren Röstprozess der Bohne direkt nach Verlassen des Rösttrommel. Nach dem problematischen Kühlen der Bohnen bei der ersten Röstung, haben wir direkt entschlossen, diesen Prozess zu verbessern. Wir haben dazu überlegt, was grundsätzlich benötigt wird und wie man es mit einem Minimum an Werkzeug und beschränktem handwerklichen Talent realisieren kann. Die Planung Als erstes haben wir eine Skizze angefertigt, die den grundsätzlichen Aufbau des Kühlers zeigt. Vielleicht nicht gerade schön, aber eben eher praktisch orientiert. Für die Vorstellung war es auf jeden Fall vollkommen ausreichend. Material Nach die Idee erstmal auf Papier gebracht war, haben wir direkt eine grobe Materialliste erstellt: 12mm Mulitplexplatten (400x400mm und 424x400mm) 1 Sieb mit groben Löchern (ca. 28cm Durchmesser) 1 Sieb mit feinschmaschigem Gewebe (ca. 22cm Durchmesser) 1 Lüfter mit feinem Staubfilter (140mm, 3000rpm) Lüftersteuerung zur Drehzahlregelung Diverse Verbinder und Schrauben Anhand der Materialliste wurde direkt sämtliches Material bestellt bzw. eingekauft. Die Multiplexplatten wurden, abgesehen von den Aussparungen, auf Maß bestellt. Das hat die Arbeit stark erleichtert. Die Aussparungen wurden selbst mit einer Stichsäge in die Platten gesägt. Der Würfel selbst wurde dann mit kleinen Stuhlwinkeln und Schrauben zusammengesetzt und schlussendlich die Siebe mit hitzebeständigem Silikom eingeklebt. Die Platte mit dem feinmaschigen Sieb lässt sich zu Reinigungszwecken entfernen und wurde nicht fest verschraubt. Das Ergebnis Das Ergebnis ist ein Würfel aus 12mm Multiplexplatten auf Rollen. Die ersten Kühlungen mit dem Würfel haben gezeigt, dass das Prinzip wunderbar funktioniert und die Bohnen zügig und vorallem sauber heruntergekühlt werden können. Für uns war der Bau des Kühlers ein sehr wichtiger Schritt auf dem Weg zu guten Röstergebnissen. Wir empfehlen allen, die sich mit der Kaffeeröstung befassen, den Prozess der Kühlung nicht zu vernachlässigen und ihn genau so ernst zu nehmen, wie die Röstung selbst.

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Umbau der Heissluftfritteuse

Florian Schmid — Sat, 23 Nov 2019 16:00:00 +0000

Schon beim Kauf der Fritteuse und vor allem nach den ersten Testläufen zeichnete sich ab, dass wir ohne Umbaumaßnahmen an der Heissluftfritteuse wenig Chancen auf wirklich gute Ergebnisse haben. Angefangen bei der Trommelgeschwindigkeit und deren Aufbau, über die Heizleistung bis hin zu fehlenden Sensoren, gibt es einigeFaktoren, die das Ergebnis negativ beeinflussen. Glücklicherweise haben wir auf Grund unseres Studiums einige Kenntnisse in Elektronik und Elektrotechnik erlangen können, die uns bei der Umsetzung der Arbeiten noch sehr helfen sollten. Trommelgeschwindigkeit Das erste Problem, dass wir in Angriff genommen haben, war die viel zu langsam drehende Trommel. Die Durchmischung der Bohnen war sehr träge und die Färbung der Bohnen war sehr unterschiedlich. Wir haben uns dazu mit aktuellen Röstmaschinen befasst und uns schlussendlich für 50 Umdrehungen pro Minute entschieden. Jetzt ging die eigentliche Arbeit erstmal los. Die Hersteller solcher Geräte finden immer viele Möglichkeiten, einem das Leben beim Öffnen des Gehäuses zu erschweren. Zum einem Speizialschrauben und zum anderen sehr versteckte Schrauben. Die erste Öffnung des Gehäuses hat mich einige Nerven gekostet und viel Zeit in Anspruch genommen. Aber am Ende konnte ich den Motor im hinteren Teil des Gehäuses freilegen und auch austauschen. Leider passte der Ersatzmotor nicht mehr vollständig ins Gehäuse, wodurch ein paar chirurgische Schnitte notwendig waren, um alles passend zu machen. Das Ergebnis ist eine Aussparung, die dem Motor genug Platz verschafft und sicher auch der Kühlung des Motors zu Gute kommt. Der neue Motor bringt nun etwas mehr Leistung mit und hat dadurch auch mit etwas größeren Kaffeemengen kein Problem. Ebenso wurden die Umdrehungen pro Minute von 2,5 auf 50 erhöht. Für die richtige und kontinuierliche Durchmischung der Bohnen war dieser Schritt unerlässlich. Trommeldesign Der zweite Punkt, welchen wir optimieren wollten, war das Design der Trommel. Ein erster Versuch mit drei einfachen Winkelprofilen aus Aluminium hat leider nicht den Erfolg gebracht, den wir uns erhofft hatten. Wir haben daraufhin unser Problem nochmals analysiert und uns entschieden, die relativ offene Trommel, bedignt durch das Drahtgitter, etwas zu schließen. Dazu haben wir 3mm starke Flachwinkel in kurzen Abständen in die Trommel eingeschraubt. Ebenso besitzt die Trommel eine Winkelprofil, welches wir passend im Form gebogen haben, damit die Bohnen vom Rand in die Mitte der Trommel befördert werden. Die Entscheidung für diesen Aufbau kommt daher, dass wir festgestellt haben, dass die direkte Strahlung auf die Bohnen durch die Halogenlampe zu stark ist und einzelne Bohnen dadurch zu stark energetisiert werden. Ebenso war die Temperatur in der Trommel nicht sehr stabil und einzig und allein vom Zustand der Lampe abhängig. Wir wollten durch die Flachwinkel in der Trommel auf der einen Seite die Bohnen schützen und ihnen gleichzeitig mehr Kontaktwärme durch die erhitzten Metallstreben geben. Sie halten die Temperatur auch wenn die Lampe gerade nicht leuchtet konstanter. Die ersten Testläufe mit der neuen Trommel verliefen auch sehr gut. Durch die kurzen Abstände und die leichte Erhöhung haben die Flachwinkel ebenso einen positiven Einfluss auf die Durchmischung der Bohnen. Nach diesen beiden Umbauten sind bereits zwei sehr wichtige Punkte umgesetzt und die Ergebnisse der Röstungen wurden deutlich besser. Allerdings wurde uns dadurch immer deutlicher, dass wir durch die eingeschränkte Sicht auf das Röstgut und die fehlenden Temperatursensoren kaum Kontrolle über den Röstvorgang erhalten. Das große Problem hierbei ist, dass jeder Röstvorgang für sich sehr individuell ist und keiner genau dem anderen gleicht. Das macht eine Generalisierung beinahe unmöglich und die kontinuierliche Überwachung der Temperaturen ist unerlässlich. Temperatursensoren Das brachte uns direkt zur Frage, wie man Temperaturfühler in die Mitte der Trommel bekommt. Durch den Aufbau der Heissluftfritteuse ist die einzige Möglichkeit die Achse auf der einen Seite zu ersetzen und durch ein hohles Konstrukt zu ersetzen. Nach einigen passenden Anfragen bei Google konnten wir tatsächlich andere Leute ausfindig machen, die genau dieses Problem schon gelöst hatten. Die nötigen Teile dafür haben im Baumarkt und in einem Druckluftfachhandel kaufen können. Die passenden Sensoren und aktiven Bauteile haben im Internet bezogen. Zum Einsatz kommen Mantel-Thermoelemente von Typ K mit einer länge von 200mm und einem Druchmesser von 1,5mm. Mit diesem sind wir in der Lage, die Temperatur innerhalb der Bohnen zu messen. Ein zweiter Sensor sitzt unterhalb der Trommel, gut geschützt vor der Strahulung, welcher die Temperatur der Umgebungsluft in der Heissluftfritteuse misst. Verarbeitung und Speicherung Jetzt war nur noch die Frage zu klären, wie die Daten der Sensoren verarbeitet werden sollen. Wir haben uns dazu für einen Raspberry PI Mini Computer und passende AD-Wandler zum auslesen der Sensorwerte entschieden. Diese werden dann über eine serielle SPI Schnittstelle an den Raspberry übertragen. Das Prinzip ist einfach und kostengünstig umzusetzen. Passende Produkte findet man überall im Internet. Der riesige Vorteil bei der Verwendung eines Raspberry PIs liegt darin, dass die Software Artisan direkt darauf installiert werden kann und somit die Sensorwerte sofort am Gerät verarbeitet werden können. Der Zugriff auf den Raspberry erfolgt per WLAN über einen passenden VNC Viewer. Damit waren fast alle Probleme schon behoben und wir waren in Lage richtige Röstprofile über die kostenlose Software Artisan aufzuzeichnen. Das hat uns nochmals geholfen, Probleme zu erkennen und gab uns einen Eindruck, wo wir gerade stehen und was noch dringend erledigt werden muss. Eindeutig zu erkennen war, dass die Röstzeit der Bohnen noch deutlich zu lang war. Wir haben ca. 19 – 23 Minuten für eine Röstung gebraucht und der First-Crack war kaum zu hören. Daraus konnten wir schließen, dass wir zu wenig Energie in die Bohnen bekommen und haben angefangen zu überlegen, wie wir dieses Problem in den Griff bekommen und die Steuerung des Heizelements abändern können. Steuerung des Heizelements Die Lösung dazu ist ein Leistungsregler, der zum Test über einen Poti bedient werden kann und später über ein Zusatzgerät über Impulse vom Rapsberry PI erflogen soll. Wir haben dazu also alle nötigen Komponenten bestellt und angefangen die Verdrahtung der Fritteuse grundlegend zu überarbeiten. HINWEIS: Bitte versucht das nicht einfach zu Hause nachzumachen, wenn ihr nicht die nötige Ahnung davon habt. Das kann euch sehr schnell das Leben kosten! Aber genug der Warnhinweise, wir wollen euch trotzdem das Ergebnis präsentieren. Wir haben uns entschlossen, die Zusatzgeräte wenn möglich direkt am Gehäuse zu montieren. Der Leistungsregler wurde überhalb der Motors am oberen Teil des Gehäuses verbaut. Das Zusatzgerät zu Steuerung neben dem Motor. Warum? Weil dort jeweils Platz war. Nach den ganzen Umbauten am Gerät haben wir nun also unseren ganz persönlichen Kaffeeröster vor uns stehen. Mittlerweile sieht er etwas experimentell aus, aber wer weiß schon, was die Zukunft noch alles bringt und noch ändern oder ergänzen möchten. Auf jeden Fall kann ich sagen, dass wir durch die ganzen Umbauten nun die volle Kontrolle über das Gerät übernommen haben, ohne die gesamten Sicherheitsmechanismen außer Kraft zu setzen. Ebenso haben wir damit den gesamten Röstprozess selbst in der Hand und können diesen auch zuverlässig aufzeichen. Das war der wohl wichtigste Schritt auf dem Weg zu guten Röstergebnissen, da wir nun die Möglichkeit haben, den Prozess im Detail zu beleuchten und festzustellen, an welchen Stellschrauben wir drehen müssen, um den vollen Geschmack eines Kaffees im Röstprozess zu entfalten. Ebenso ist es die Grundlage, um in die Diskussion mit Fachleuten einzusteigen. Man kann das fertige Ergebnisse bewerten und Fehler im Geschmack direkt aus dem Röstprofil ableiten. Was es mit den Röstprofilen auf sich hat, dürft ihr gerne in unserem Blogbeitrag über Röstprofile und wichtige Kenngrößen nachlesen. (Der Beitrag folgt Ende November)

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