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Was ist thermisch besser: Aluminium- oder Messing-Duschplatten für die CC?

Dieses Thema im Forum "Grundsätzliches" wurde erstellt von S.Bresseau, 15. Oktober 2012.

  1. S.Bresseau Mitglied

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    Hallo,

    ich weiß nicht, ob es schon mal jemand gemacht hat, ich habe nichts dergleichen gefunden:

    Ich frage mich, ob die Messingplatte für die CC in Bezug auf die thermische Stabilität tatsächlich besser ist als die Aluplatte. Die Frage lautet also:

    Angenommen, die Maschine ist auf Betriebstemperatur. Bei welchem der beiden Materialien sinkt die Wassertemperatur bei einem Bezug weniger stark ab?

    Man könnte messen, aber das ist langweilig ;-) Vielleicht kann man es auch ausrechnen. Meine Physikkentnisse sind leider nur Oberstufenniveau aus dem letzten Jahrtausend :) , deshalb kann ich die Frage nicht ganz sicher beantworten.

    A Energiekapazität

    Ich habe gewogen und nachgerechnet, ob und wieviel Energie (Wärme) die Messingplatte mehr speichern kann als die Aluplatte:

    1. Dichte lt Wikipedia
    Alu: 2,7 g/cm³
    Messing: 8,86 g/cm³ (CuZn5)
    -> Verhältnis: 3.29

    2. Gemessene Massen
    (zur Kontrolle, wegen variierender Messingdichte und evtl. unterschiedlicher Volumina)
    Aluplatte: 73g
    Messingplatte: 240g
    -> Verhältnis: 3.29 :)

    3. Spez. Wärmekapazitäten lt. Wikipedia
    Alu 897 J/(kg · K)
    Messing 377 J/(kg·K)
    -> Verhältnis: 2.38

    4. Fazit
    Alu speichert Energie besser als Messing, hat aber eine im Verhältnis deutlich geringere Masse und kann deshalb bei identischem Volumen weniger Energie speichern

    Energieverhältnis: f = 3.29/2.38 = 1.38

    Wenn ich mich nicht vertan habe, müsste also die Messingplatte 38% mehr Wärme speichern als die aus Alu.

    B Wärmeabgabe

    Spannend wäre jetzt zu wissen, wie die Wärmeabgabe während der 25 Sekunden verläuft, also ob die Messingplatte ihr Plus an Energie tatsächlich an das Wasser abgeben kann.

    Ich weiß leider nicht wie man so etwas präzise ausrechnet, das riecht mir wegen der kontinuierlichen Energieabgabe und dem Abkühlen der Platte stark nach Integralrechung :-( Nach dem Überfliegen(!) des Wikipediaartikels zur Wärmeleitfähigkeit, die etwas über die mögliche Wärmeabgabe aussagt, komme ich aber zu der Erkenntnis, dass es für die Fragestellung ausreichen müsste, lediglich die beiden stoffspezifischen Konstanten Wärmeleitfähigkeit mit einander zu vergleichen:

    Alu: 236 W/(m*K)
    Messing: 120 W/(m*k)

    Wenn ich es richtig verstanden habe, kann Alu also die Wärme doppelt so schnell wieder abgeben. Damit dürfte der Vorteil der Messingplatte, mehr Energie gespeichert zu haben, wieder dahin sein. Mein Gesamtfazit lautet also:

    Eine Alu-Duschplatte ist thermisch besser geeignet als eine Messingduschplatte.

    Stimmt das so?

    Viele Grüße
    Stefan

    edit: ups. das hat ja wirklich schon mal jemand gemessen :oops:

    http://www.kaffee-netz.de/espresso-...es-doppio-bezugs-achtung-lang.html#post377061

    Ich muss das morgen mal genau lesen, aber nach dem allerersten Blick auf die Grafik bestätigt sich anscheinend, dass der Bezug mit der Aluplatte heißer ist und bleibt als der mit der Messingplatte, allerdings zeigt er eine größere Variation.

     
  2. betateilchen Mitglied

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    AW: Was ist thermisch besser: Aluminium- oder Messing-Duschplatten für die CC?

    suchst Du Streit?
     
  3. S.Bresseau Mitglied

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    AW: Was ist thermisch besser: Aluminium- oder Messing-Duschplatten für die CC?

    Nein. Du?
     
  4. S.Bresseau Mitglied

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    AW: Was ist thermisch besser: Aluminium- oder Messing-Duschplatten für die CC?

    Ich habe mir Bowmans Messungen, insbesondere die äußerst interessanten Gaggia-Kurven und seine Erklärungen, genauer angeschaut. Zusammengefasst: Die "Messing"-Kurve (dunkelgrün) hat ihr Maximum bei 92.3° und sinkt auf 87.5°. Die genauen Werte für die "Alu"-Kurve (hellgrün) hat Bowman leider nicht genannt, aber alle Werte sind höher, teilweise deutlich. Die Alu-Werte haben eine größere Schwankungsbreite (6° vs. 4.8°). Spannend ist der Kurvenverlauf am Anfang:

    Das liegt imho an der doppelt so hohen Wärmeleitfähigkeit von Alu, sprich: es kann gleich zu Beginn mehr Energie in der selben Zeit abgeben, das Wasser wird heißer. Die Kurve knickt stärker ein, weil dem Alu "die Puste" ausgeht - hier merkt man die geringere absolute Wärmekapazität. Genau in diesem Punkt hat im ersten Post meine stark vereinfachte Betrachtung nicht gestimmt, für eine Berechnung des Wärmeverlustsverlaufs müsste man tatsächlich ziemlich tief in die Thermodynamik einsteigen.

    Die Messung wurde ja für 50 ml durchgeführt. Interessant wäre noch eine Messung für 25 ml. Ich vermute, dass die Alu-Kurve nicht so stark einbrechen dürfte wie bei 50ml, d.h. dass sich der Verlauf der Alu- und der Messing-Kurve stärker ähneln dürften.

    Meine Annahme aus dem ersten Post war nicht richtig, das Gesamtfazit lautet vielmehr:

    Die Messingplatte sorgt insbesondere bei einem doppelten Espresso für etwas stabilere, aber auch etwas kältere Temperaturen.


    Die zweite Erkenntnis ist sehr wichtig: Nach dem Einbau der Messingplatte steigt der Offset der PID-Steuerung.

    Dies deckt sich mit meiner Erfahrung, ich habe die Kessel-Temperatur um 2 Grad heraufgesetzt, weil mir der Kaffee zu sauer war. Den Effekt konnte ich mir bis gerade eben nicht erklären.

    Viele Grüße
    Stefan
     
  5. Indigo Mitglied

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    AW: Was ist thermisch besser: Aluminium- oder Messing-Duschplatten für die CC?

    Das kann ich vorsichtig bestätigen: Eine Messingplatte in der CC habe ich schon länger verbaut. Und vor kurzem habe ich die CC wieder in Betrieb genommen und mit der Silvia verglichen.
    Ich muss bei beiden bei etwa der gleichen PID-Temperatur starten. Und das hat mich insofern gewundert, weil eine CC doch einen kleineren Offset haben müsste (viel kürzerer Weg).
    Dieser Effekt bleibt auch stabil, wenn man das CC-Wasser vorheizt, also eine vergleichbare Intrashot-Stabilität zur Silvia hat.

    Wie gesagt: "vorsichtig"...
     
  6. bohnenschorsch Mitglied

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    AW: Was ist thermisch besser: Aluminium- oder Messing-Duschplatten für die CC?

    Das halte ich für einen Denkfehler: Die Platte ist das kälteste Glied in der Kette und kühlt das heißere Wasser herunter. Möglicherweise ist die Aluplatte zu Bezugsbeginn wegen der besseren Leitfähigkeit heißer als Messing, welches "in Ruhe" vom Messing-Siebträger gekühlt wird und nicht schnell genug Wärme nachziehen kann.
     
  7. Slayer Espresso Mitglied

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    AW: Was ist thermisch besser: Aluminium- oder Messing-Duschplatten für die CC?

    Das bessere Material für die Duschplatten Halterung ist wohl POM, das verwendet Kees für seine Maschinen.
     
  8. Stefan Moderator

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    AW: Was ist thermisch besser: Aluminium- oder Messing-Duschplatten für die CC?

    Warum?
    Mit solchen Pauschalaussagen wäre ich vorsichtig. Das mag für Kees' Maschinen zutreffen, aber bei einem kleinen Brühboiler wie bei der Gaggia kann ein wärmeleitendes Material eher vorteilhaft sein.
     
  9. Two Mitglied

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    AW: Was ist thermisch besser: Aluminium- oder Messing-Duschplatten für die CC?

    Stefan, da hast Du Dir was vorgenommen, was so nicht machbar ist. Das thermodynamische System, das Du betrachtest, ist extrem komplex - es beinhaltet verschiedene Materialien, eine unübersichtliche Geometrie und befindet sich während des Bezugs, also in der Phase, die von Interesse ist, nicht im Gleichgewicht.
    Sowas kann man nicht analytisch rechnen sondern nur angehen über eine Modelllierung und Finite-Elemente-Rechnung.

    Ohne jetzt ins Detail zu gehen: die entscheidende Materialeigenschaft ist die Wärmekapazität, nicht die Wärmeleitfähigkeit. Energiekapazitäten gibt es nicht ;-)

    Gruss,
    Mick
     
  10. S.Bresseau Mitglied

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    AW: Was ist thermisch besser: Aluminium- oder Messing-Duschplatten für die CC?

    Mit dieser Problematik hatte ich vor vielen Jahren in einem meiner ersten Jobs als Informatiker zu tun (Simulation von Kraftwerken), allerdings war ich mit der grafischen Aufbereitung und dem Messaging zwischen dem "numbercruncher" und den Workstations betraut, nicht mit der Physik. Dass man thermodynamische Prozesse nicht völlig exakt rechnen und simulieren kann ist mir deshalb schon klar, aber man hätte mit einfachen (Modell)Annahmen vermutlich berechnen können, wie der qualitative Verlauf ist, sprich der Peak am Anfang und der höhere Wärmeverlust im Verlauf.


    ich vermute, dass der Unterschied zu Beginn der Kurven keinesfalls mit der geringerern Kapazität der Aluplatte erklärt werden kann.

    soso ... ;-) Energiekapazität
     
  11. Two Mitglied

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    AW: Was ist thermisch besser: Aluminium- oder Messing-Duschplatten für die CC?

    Es gibt den Begriff "Wärmekapazität", und die "elektrische Kapazität", aber die "Energiekapazität" ist ein Begriff der in der Physik nicht benutzt wird. Das weiss ich sicher, da ich Physiker bin und die Thermodynamik Teil meines Arbeitsgebietes ist.
    Das lässt sich auch daran erahnen, dass wenn man nach "Energiekapazität" googelt, nicht ein einziger Link kommt, der auf eine ernstzunehmende Forschungs- oder Universitätsseite geht. Der Begriff scheint ein gutes Beispiel dafür zu sein, dass man Wikipedia kritisch nutzen sollte.

    Thermodynamische Prozesse kann man übrigens sehr wohl genau berechnen, oft sogar analytisch. Aber eben nur in einfachen Systemen, mit definierten Randbedingungen und am ehesten in Gleichgewichtssituationen. Auch Dein Problem lässt sich von einem erfahrenen FE-Anwender sicher ausreichend genau lösen. Allerdings muss man dann einiges an Zeit in die Modellierung stecken.
     
  12. Coffemakestheworlgoround Mitglied

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    Die Gaggia hat die heitzhung drausen , das heist das wasser ist kälter als das ausen material
    oder anders gesagt , der kessel ist heisser als das wasser was drin ist
    das gilt für eine mit PID , oder eine normale am ende der heitz cycklus (lampe grade angegangen)
    genau wie die heitzplatte wärmer ist als der topf mit dem wasser auf dem herd
    die dusch platte sitz am brühkopf fest , und der am kessel, und allu hat eine bessere wärmeleitfähichkeit als wasser , die hitze ist schneller am duschkopf als am wasser in der mitte von der kessel

    das beweist die kurve ja auch

    das heist am anfang von bezug wird das wasser von der allu platte erhitz
    und wie schon erwehnt , passiert das ganz schnell wegen die hohe wärme leifähichkeit von allu
    aber das heist auch das es den allu den puste ausgeht

    Messing gibt die wärme laaaangsamer ab , und erhitz das wasser nich so viel am anfang, aber eben länger

    und die 50 ml sind auch ok
    den beim bezug wird ja der holraum über den kaffee erst mit wasser gefült

    nach den bezug hat man dan ungf 25 ml in die tasse , + etwas im puck , und der rest ist durch den 3 wege ventil im abfluss gelandet ;o)

    jetz müste man aber eine platte aus Rostfrei mal probieren ;o) den das leitet die wärme noch sclechter
    würde aber dan eben eine noch längeren stabile kurve zeigen (beim richtigen kessel temperatur )
     

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