Der Pressure-Profiling-Vergleich

Es werden zunehmend "Next-Generation"-Maschinen angeboten, die den Brühdruckverlauf mit einem Sensor erfassen, anzeigen und digital einstellbar machen. Das Pressure-Profiling dieser Maschinen wäre mal einen Vergleich wert, denn es gibt sehr unterschiedliche technische Umsetzungen: Drehzahlregelung bei Zahnradpumpen, Kraftregelung bei Vibrationspumpen, Pausenregelung bei Vibrationspumpen, Regelung des Kolbenvorschubs - und wahrscheinlich noch weitere Verfahren. Wie genau werden die Ziele der Anwender jeweils erreicht? Überzeugend, halbwegs oder kaum? Wie stark schwankt der Druck? Im Folgenden werden einige ausgewählte Testprofile vorgestellt. Die Idee ist, dass Anwender diese Profile in ihre Maschinen eingeben und zeigen, was herauskommt.

VORAUSSETZUNGEN

Ein Maschine mit Pressure-Profiling, eine Waage mit 0,1g Auflösung, frischer Kaffee (10 Tage bis 2 Monate nach Röstdatum) und ein 14g bis 16g Sieb. Für beste Vergleichbarkeit möglichst das bekannte VST 15g-Sieb und ein Anpressdruck von 10kg oder mehr.

TESTPROFILE

• Manche der folgenden Druckprofile lassen sich bei manchen Maschinen vielleicht nicht direkt eingeben, je nachdem wie die Einstellung erfolgt, z.B. durch kubische Splines oder Geraden. Kurven dürfen durch Geraden angenähert werden und umgekehrt.
• Die Zeitangabe "0s" in den Profilen bezieht sich auf den Beginn des Pressure-Profiling, nicht auf den Einschaltzeitpunkt der Pumpe. Direkt nach dem Einschalten ist wegen Luft im Fluidsystem kein sofortiger Druckaufbau möglich - deshalb fangen die Profile nicht mit 0bar an.
• Bei den Profilen geht es nur um die Technik, nicht um den Geschmack. Es wird nichts getrunken.

Druckprofil 1: "Business as usual"

8,5bar für 25s​

Ein einfacher Bezug mit konstantem Druck. Dieses Profil dient nebenbei dazu, den Mahlgrad zu vereinheitlichen: Es ist so zu mahlen, dass dieses Profil einen Espresso mit einem Brew-Ratio von Pi mal Daumen 1 : 2 liefert, d.h. es soll etwa doppelt so viel Espresso herauskommen, wie Kaffee eingefüllt wurde, Zum Beispiel 32g Espresso bei 16g Pulver im 15g-Sieb. Der so gefundene "normale Mahlgrad" wird für alle weiteren Druckprofile verwendet.

Druckprofil 2: "A blooming challenge"

1,2bar für 20s​

Dieses Druckprofil soll zeigen, wie gut eine Maschine eine quellende Preinfusion mit niedrigem Druck absolviert. So ein Druckprofil ist ein Herausforderung für Regelungen, weil es mit viel Durchfluss an der Pumpe beginnt (Leitungen und Hohlräume werden gefüllt), bevor plötzlich eine Phase mit minimaler Pumpenleistung zwecks Halten von 1,2bar folgt.

Druckprofil 3: "The rise and fall of Espresso"

Druckverlauf mit verschiedenen Rampen:
0,0s 0,7bar
4,0s 9,0bar
8,0s 9,0bar
20,0s 6,0bar
25,0s 0,0bar​

Dieses Druckprofil soll zeigen, wie die Maschine Druckverläufe mit Rampen unterschiedlicher Steigung absolviert. Es kombiniert eine reduzierte PI am Anfang (gebremster Druckanstieg) mit einem Handhebler-inspirierten Ausklang des Bezugs.

Druckprofil 4: "Parabel"

Parabel-ähnlicher Anstieg in 16s auf 9bar​

Wenn dieses Profil durch lineare Segmente angenähert wird, können folgende Punkte verwendet werden:

0,0s 0,7bar
2,0s 2,5bar
4,5s 4,7bar
6,5s 6,2bar
8,5s 7,4bar
10,5s 8,2bar
12,4s 8,7bar
14,0s 8,9bar
15,5s 9,0bar
25,0s 9,0bar​

FAIRNESS-BEDINGUNGEN

• An diesem Vergleich dürfen nur Pressure-Profiling-Regelkreise teilnehmen, d.h. die Maschine muss den Druck selber regeln. Keine empirisches Hinbiegen einer Pumpenleistungskurve durch einen Menschen, bis sich irgendwann der gewünschte Druckverlauf einstellt.
• Sofern die Firmware der Maschine aktualisierbar ist, wird die aktuellste für Besitzer der Maschien zugängliche Firmware verwendet.
• Bei Druckregelungen mit einstellbaren Parametern, z.B. PID-Regelungen mit P-, I- und D-Koeffizienten, müssen alle Testprofile mit den gleichen Einstellung absolviert werden. Keine Hilfe durch Menschen, die für jedes Testprofil optimale Einstellungen ermitteln. Alle relevanten Einstellungen müssen für die Nachprüfbarkeit offengelegt werden.
• Jedes Druckprofil wird mehrmals ausprobiert. Es kann immer mal Ausreißer geben, zum Beispiel durch Channeling nach einer misslungene Puckvorbereitung. Am Ende wird ein typisches Ergebnis gezeigt.
• Bei Nachrüst-Kits muss die Technik der nachgerüsteten Maschine in einem einwandfreien Zustand sein. Keine ausgeleierte alte Pumpe.
• Es darf neben dem Pressure-Profiling keine andere den Druck regelnde Komponenten geben, wie z.B. einen Federstöpsel im Gruppenkopf. Ein OPV, sofern vorhanden, muss so eingestellt sein, dass es die Tests nicht beeinflusst, d.h. es muss auf 10,5bar oder mehr gegen Blindsieb eingestellt werden.
• Der Druckverlauf darf von der Firmware nicht geschönt werden. Wenn offensichtlich ist, dass ein Software-Filter in der Firmware zu gute Werte vortäuscht, muss der Besitzer versuchen, den echten Druckverlauf anders zu ermitteln und z.B. ein Manometer abfilmen.
• Die Ergebnisse werden zwecks Vergleichbarkeit einheitlich skaliert: Seitenverhältnis der Diagrammfläche 2 : 1, z.B. 800 Pixel x 400 Pixel excl. Beschriftung. 35s auf der X-Achse, 12bar auf der Y-Achse. Das Ergebnis wird mit eingeblendeter Sollwertkurve gezeigt und optional zusätzlich ohne. Wer möchte, kann die angehängte Libre Office Calc-Vorlage (4 Seiten) verwenden und dort von der Maschine ausgegebene Werte einfügen.

 

Natürlich könnte man alles viel präziser und wissenschaftlicher anlegen, kluge Messgeräte entwickeln usw. - aber je komplizierter es wird, desto weniger würden mitmachen. Ich hoffe, dass dieser Thread einen kleinen, interessanten Einblick in die Alltags-Ergebnisse der jeweiligen Pressure-Profiling-Maschinen liefern wird. Zum Alltag gehören unterschiedliche Bohnen und hoffnungsvoll eingegebene Druckverläufe, die nicht exakt realisierbar sind. Die Regelung muss dann eben das Beste daraus machen und beispielsweise so nahe wie möglich an den 8,5bar-Bezug kommen, den der Anwender haben möchte.

 

Würde bedeuten, dass die Preinfusion nicht mehr vom Pressure-Profiling kontrollierbar, sondern schon vorbei ist. Wäre nicht der Punkt davor, wenn Wasser erstmals tiefer in den Puck gedrückt wird und die Preinfusion beginnt, der beste Startpunkt für Druckprofile? Der Beginn einer Bezugs (Einschalten von Pumpe oder Motor) und der Beginn eines Druckprofils (0s in Sollwertdiagrammen) sind logischerweise zwei verschiedene Zeitpunkte. Zu Beginn befindet sich so viel Luft im System, dass kein nennenswerter Druck aufgebaut werden kann. Daher kann auch kein Druckprofil erfolgreich gefahren werden. Diese Phase dauert je nach Förderleistung unterschiedlich lange, i.d.R. einige Sekunden. Das ist nur eine technische Wartezeit, die wir nicht berücksichtigen. Ich gehe davon aus, dass alle Maschinen mit Pressure-Profiling den Zeitpunkt erkennen, ab dem ein Druckprofil - oft beginnend mit einer Preinfusion - erfolgreich gefahren werden kann. Nach meiner Erfahrung ist dies ab dem Erreichen von ca. 0,7-0,8bar der Fall: Ab diesem Zeitpunkt kann man davon ausgehen, dass die Luft im System soweit verdichtet wurde, dass der weitere Druckaufbau schnell erfolgen kann und dass Druckprofile - im Rahmen der Technik - gut gefahren werden. An Maschinen mit Manometer ist das der Moment, in dem die Manometernadel hochschnellt. Knapp über 0,7bar beginnt der Druckbereich mit Preinfusionseffekt, Wasser wird erstmals tiefer in den Puck gedrückt.

 

> alle den gleichen Kaffee

Die Druckregelungen müssen mit jedem Kaffee umgehen können. Wenn eine 9bar-Druckkurve eingegeben wird, muss dies mit einer Bohne von Good Karma zu einer 9bar-Kurve führen, aber auch mit einer von Quijote. Es steht jedem frei, Ergebnisse mit verschiedenen Bohnen unterschiedlichen Alters zu zeigen. Nur Bohnen, deren Röstdatum mehr als zwei Monate zurückliegt, wurden ausgeschlossen. Bei denen könnte der erforderliche Mahlgrad schon so fein sein, dass er zu einem unfairen Handicap wird (je feiner, desto größer die Tendenz, den Durchfluss zu blockieren).

> die Wirkung auf den Geschmack mitdiskutiert werden könnte

Nicht in diesem Thread. Die zu absolvierenden Profile sind Technik-Tests.

 

Die Berechnung einer Fehlerkurve wäre nicht trivial. Druck(t) minus Sollwert(t) würde nicht immer ein sinnvolles Ergebnis liefern. Eine für Anwender unbedeutende Verzögerung zwischen Sollwertkurve und Druckkurve könnte mathematisch große Fehler ergeben, speziell bei Rampen, auch wenn die gewünschte Form des Druckverlaufs gut erreicht wird. Ich würde lieber bei "keep it simple and stupid" blieben. Man könnte z.B. das Gitter in den Diagrammen feiner machen, um besser ablesen zu können.

 

Das "Business as usual"-Druckprofil bedeutet in Worten: "Hallo Regelung, fahre den Druck so schnell wie mit der Pumpe möglich auf den Sollwert (8,5bar) hoch". Das ist kein Sprung im Druck, sondern ein Sprung im Sollwert. 99% aller Espressomaschinen - die ohne Pressure-Profiling - starten so. Normale Maschinen begrenzen den Druck mit einem OPV. Mit diesem Profil wird sich u.a. zeigen, wie gut das Pressure-Profiling ein OPV ersetzt.