Einfluss auf die Durchlaufgeschwindigkeit Quickmill

Diskutiere Einfluss auf die Durchlaufgeschwindigkeit Quickmill im Espresso- und Kaffeemaschinen Forum im Bereich Maschinen und Technik; Hallo, ich habe mir ein paar Gedanken zur Einstellung des Brühdrucks mittels Manometer gemacht. Das Problem ist ja, dass der Brühdruck nicht...

  1. Mich428

    Mich428 Mitglied

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    Hallo,

    ich habe mir ein paar Gedanken zur Einstellung des Brühdrucks mittels Manometer gemacht. Das Problem ist ja, dass der Brühdruck nicht direkt messbar ist (mit einem eingebauten Manometer, mit einem ST-Manometer hingegen würde es gehen). Der Grund dafür ist das Rückschlagventil in der Hohlschraube im Brühkopf. Dieses erzeugt einen Druckabfall zusätzlich zu dem im Siebträger. (Ich als Elektrotechniker denke bei so etwas gerne in elektrischen Ersatzschaltbildern. Hier wäre das ein zusätzlicher Spannungsabfall in Reihe zur Last durch z.b. eine Diode.)

    Ich habe eine QM 0820 mit nachgerüstetem Expansionsventil und Manometer.

    Ich bin dann auf die Idee gekommen, dass man den Druckabfall recht einfach messen kann, wenn man den Pumpendruck einmal mit und einmal ohne das Rückschlagventil misst. Das geht dann sogar im Leerbezug, dann gibt's keine Sauerei wegen fehlendem Rückschlagventil.

    Leerbezug ohne Ventil:
    IMG_20190516_113942.jpg

    Leerbezug mit Ventil:
    IMG_20190516_114132.jpg

    Nochmal größer:
    IMG_20190516_114227.jpg

    Ohne Rückschlagventil bleibt das Manometer bei 0. Mit zeigt es etwas mehr als 1,5 bar an. Im Rückschlagventil fallen also gut 1,5 bar ab. Die 11 bar Pumpendruck dir gut oft verwendet werden passen also wohl recht gut um auf 9 bar Brühdruck zu kommen.

    Jetzt ist noch die Frage, ob der Druckabfall von Durchfluss abhängt. Ich habe ja im Leerbezug (hoher Durchfluss) gemessen. Messungen im echten Bezug möchte ich eigentlich nicht machen weil man sich hier ohne Rückschlagventil die Leitungen einsaut. Weiß jemand wie sich so ein Ventil verhält?

    Viele Grüße
    Michael
     
  2. Dr.Seff

    Dr.Seff Mitglied

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    Ich meine nicht, dass du das so annehmen kannst. Nur weil das der Auslösedruck des Ventils ist, fällt der Druck dadurch ja nicht ab. Wenn du ein Siebträgermanometer einspannen würdest, würdest du immernoch die 2bar messen bzw meinetwegen etwas darunter durch strömungsmechanische Verluste.

    Ich beobachte übrigens auch ähnliche Auslösedrücke des Ventils. Bei mir sind es ziemlich genau 2 bar.
     
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  3. Mich428

    Mich428 Mitglied

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    Natürlich fällt der Druck über dem Ventil ab. Wo denn sonst? Wenn ich ein Siebträgermanometer einspannen würde würde das Siebträgermanometer den druck anzeigen, den die Pumpe erzeugt (und das eingebaute Manometer anzeigt) minus 2 bar die über dem Ventil abfallen.

    Dass die strömungsmechanischen Verluste vernachlässigbar sind sieht man daran, dass im Leerbezug ohne Ventil das Manometer auf 0 stehen bleibt.
     
  4. #464 Dr.Seff, 16.05.2019
    Zuletzt bearbeitet: 16.05.2019
    Dr.Seff

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    Die 2bar sind doch einfach der Schaltdruck des Druckzuschaltventils. Dass der Druck natürlich bei einem Leerbezug dann auf Umgebungsdruck abfällt, liegt ja nicht am Verlust im Ventil. Das Ventil schaltet einfach den Weg frei. Hydraulik Druckventile
    Mit Kaffee mag im ersten Moment der Druck dann abfallen weil die Pumpe den Druck wieder im jetzt größeren Volumen aufbauen muss aber die Pumpe muss nicht per se 2bar mehr leisten die irgendwo verloren gehen.
    Im Prinzip ist dein getamperter Kaffee ja auch ein weiteres Druckventil, das den Durchfluss reguliert. Du möchtest da ja auch so tampen, dass bei 9bar 1ml/s Durchfluss ermöglicht wird.

    EDIT:
    Das ist eben der Punkt, den ich bezweifle. Ich lasse mich da gerne eines Besseren belehren aber nach meinem Verständnis müssten die angezeigten Drücke nahe beieinander liegen. Da es sich ja um eine Flüssigkeit handelt, dürfte die Erwärmung um 70K auch nicht so relevant sein.
    Unschärferelation liegt dann aber weit außerhalb meines Halbwissens :D
     
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  5. #465 norbifly, 16.05.2019
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    Nimm doch einfach mal die Feder weg und lass nur den Stössel im Ventil und sieh, ob sich die Druckdifferenz dann verändert. Stössel ohne Ventil müsste auch dicht genug sein gegen den Rücklauf von Wasser in den Brühkopf, denn die mittelalten QM waren ab Werk so gebaut.
     
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  6. Mich428

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    Danke für eure Anmerkungen. Musste nochmal tief in mich gehen und sehen, dass ich das Thema noch nicht ganz (bzw. gar nicht) vertanden hab.
     
  7. Mich428

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    Das sagt das Wiki:
    Brühdruck – KaffeeWiki - die Wissensdatenbank rund um Espresso, Espressomaschinen und Kaffee

    Das wäre ja die gleiche Argumentation die ich auch führe oder? Macht der Verfasser hier den gleichen Fehler wie ich oder reden wir von zwei verschiedenen Sachen?
     
  8. #468 Dr.Seff, 17.05.2019
    Zuletzt bearbeitet: 17.05.2019
    Dr.Seff

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    Ja, ich denke, dass das nicht ganz korrekt ist. Allerdings beruht meine Aussage auch nur auf Halbwissen und Gefühl.

    Wenn ich jetzt den Versuch einer Berechnung wagen würde, würde ich das über den Kv-Faktor des Ventils machen. Das ist der Durchfluss bei 1bar Druckdifferenz und ein Ventilparameter. Ab hier rechne ich mit sehr groben Schätzungen, da wir ja erstmal eine Tendenz wissen wollen.
    Bei mir schaltet das Ventil bei 2bar Pumpendruck. Mit 1bar Umgebungsdruck sind wir also genau bei 1bar Druckdifferenz. Der Kv-Faktor ist also ungefähr der Fluss bei Leerbezug. Den schätze ich grob auf das 10-fache des Espressobezugs also auf 10ml/s. Der angestrebte Volumenstrom Q ist 1ml/s.
    Nach dieser Formel hier Kv Wert von Ventilen berechnen ist die Druckdifferenz dp = (Q/kv)² Da wir Wasser verwenden, geht der Dichteterm gegen 1.

    dp = (1/10)² also 0.01bar ... Der Druckverlust über das Ventil wird also mit steigendem Durchfluss größer und erst relevant, wenn der Durchfluss den Kv-Faktor deutlich übersteigt. Um das zu erreichen, müsste die Pumpe also so stark pumpen, dass sie einen extremen Durchfluss erzwingt. Umgekehrt also: Das verdichtete Kaffeemehl verringert auch den Ventildurchfluss und hat auch einen Einfluss auf den Druckverlust im Ventil.

    Nach dieser Rechnung ginge der Druckverlust also gegen 0. Die idealisierte Annahme, dass das Ventil immer perfekt 100% öffnet usw vorausgesetzt. Und ob das Ventil nun magnetisch geschaltet wird oder einmal die Federkraft überwunden ist, spielt für den Druck ja keine Rolle.

    Ob man die Formel jetzt wirklich in diesem Anwendungsfall nutzen kann, kann mir gerne ein Strömungsmechaniker erklären :) Ich bleibe dabei, dass das hier nicht mehr als ein educated guess ist :D

    EDIT: Nachtrag, bevor wir aneinander vorbei reden...Die Pumpe muss natürlich eventuell mehr Druck leisten also quasi für 11bar arbeiten. Aber der Druck den du misst, also der Druck in deinem System, ist halt direkt nach der Pumpe bis zum Kaffee gleich bzw nur marginal verschieden. Also der Druck den du mit deinem Manometer misst, ist auch der Druck, der sich am Siebträger einstellt.
     
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  9. Dr.Seff

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    Nachtrag zum Nachtrag:
    Nachdem ich nochmal drüber nachgedacht habe, würde ich selbst diese Aussage zurückziehen. Das Ventil dürfte im Normalfall wirklich keinen relevanten Einfluss auf den Systemdruck haben und auch nicht auf die dafür erforderliche Pumpleistung. Elektrotechnisch also am ehesten mit einem Hochpass vergleichbar (?)

    Begründung:
    Vereinfachen wir alles als Wassersäule, die auf dem Ventil lastet. Nachgeschaltetet ein Manometer mit vernachlässigbarem Totvolumen nach dem Ventil.

    Eine 20m hohe Wassersäule erzeugt 2bar Druck. Bis zu dieser Grenze ist das Ventil wie ein Verschluss und das Manometer steht folglich bei 0bar. Bei idealem Schaltverhalten wäre es bei dem nächsten Tropfen direkt offen. Ein nicht ideales Schaltverhalten würde zwar zu Schwankungen im Übergangsbereich führen aber unser Arbeitspunkt liegt ja deutlich jenseits des Schaltpunktes also nehmen wir ideales Schaltverhalten an.
    Würdest du also jetzt so viel Wasser draufgeben, dass die Säule 90m hoch ist (9bar) wäre das Ventil längst offen und exakt die gleiche Wassersäule nun auf dem Manometer lasten. Sprich das Manometer würde 9bar messen. Würde das Ventil jetzt einen Druckverlust erzeugen, müsste die Gewichtskraft der Wassersäule teilweise auf dem Ventil lasten und nicht umgelenkt werden. Da es aber eine Flüssigkeit ist und wir im statischen Gleichgewicht sind, ist das eben nicht so sondern der Druck der Wassersäule wird runtergeleitet auf das Manometer. Man kann sich jetzt natürlich wilde Schaltmechanismen ausdenken in denen das realisierbar wäre aber das entspricht ja nicht der einfachen Federung des Rückschlagventils. Das ist also der statische Fall.

    Im dynamischen Fall hast du nach dem Ventil eine Düse, die bei 9bar einen Durchfluss von 1ml/s erzeugt. Es kämen Verluste durch Umlenkung der Fließrichtung und Querschnittsänderungen ins Spiel. Da haben wir uns ja aber drauf geeinigt, dass die vernachlässigbar sind (siehe deine praktischen Tests sowie meine Kv-Faktor-Rechnung). Für unsere Frage reicht der statische Fall also aus.
    Die Temperaturänderung zwischen Pumpe und Ventil dürfte in einem Fluid auch keinen großartigen Einfluss haben.

    Ich bleibe also bei meiner Aussage, dass du mit einem Manometer kurz nach der Pumpe in diesem Fall in sehr guter Näherung den Brühdruck misst.

    Ich würde mich aber trotzdem freuen, wenn das irgendwann mal jemand mit ST-Manometer oder eben fundierten Strömungsmechanikkenntnissen endgültig bestätigen/widerlegen kann.
     
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  10. Berbua

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    Hallo liebe Quickmillexperten,

    ich habe vor in die 3004 meiner Freundin das Domobar-Expansionsventil einzubauen. Der Espresso schmeckt zwar bereits besser als in 80 % aller Cafes die ich kenne, aber ein stabileres Ergebnis wäre doch sehr wünschenswert. Gerade sind die Teile auch angekommen und ich habe mich gleich ans Werk gemacht.
    Hierzu wollte ich mich an MarkusGS (klick) orientieren, da er einer der wenigen ist, die sich an die 3004 trauen und mir die Lösung mit der einfachen Erreichbarkeit der Einstellschraube des Ventils sehr gut gefällt.
    Soeben habe ich bemerkt, dass sich das Expansionsventil auch derart montieren ließe:
    [​IMG] [​IMG]
    Wäre das eine Möglichkeit, oder schrillen da bereits eure Alarmglocken beim Betrachten?
    Ich weiß nicht wie dieses Kunststoffteil heißt, das hinter der Pumpe kommt, aber meine Befürchtung ist, dass die 200 g Gewicht des Ventils in Verbindung mit der Pumpenvibration eine hohe Belastung darstellen und die Lebensdauer dieses Kunststoffteils stark verkürzt wird.

    Was denkt ihr? Alles ok das so einzubauen? Oder doch lieber PTFE-Schläuche dazwischen, wie bei MarkusGS?

    Ich sage schon mal Danke, finde das Forum echt super! Ohne Leute aus dem Forum wie Quick-lu hätte ich die Maschine nie besorgt. :)

    Liebe Grüße und ein schönes WE
     
  11. Berbua

    Berbua Mitglied

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    Ok, das hätte ich mir anscheinend sparen können, haha!
    Wie konnte mir Espressiones Beitrag entgehen!? Der hat es ja genauso gemacht!
    Das kommt davon wenn man 30 Seiten Forum liest und dann schon ganz gaga im Kopf ist...
     
  12. Berbua

    Berbua Mitglied

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    Am Wochenende habe ich mich ja an die Cassiopea 03004 gewagt und das Domobar Expansionsventil eingebaut. Für ebendieses Ventil habe ich mich aufgrund der unkomplizierten Einstellmöglichkeit entschieden. Ursprünglich war mein Plan den Umbau orientiert an MarkusGS‘ Beitrag (klick) durchzuführen, habe mich dann aber doch für die Direktmontage des Ventils am Membranregler entschieden.

    In diesem Beitrag zeige ich grob meine Vorgehensweise und überdenke auch nochmal was man hätte besser/anders machen können.


    Vorweg: der Umbau war bei weitem nicht so kompliziert wie befürchtet, alles hat auf Anhieb geklappt und war dicht. Ich hatte große Sorgen, dass der in der 3004 vorherrschende Platzmangel zu einem großen Problem werden könnte. Überraschenderweise war das wirklich nur halb so wild.


    Beim Öffnen fällt sofort auf, um wie viel die Cassiopea aufgrund des zweiten Thermoblocks voller ist als die bauähnlichen Modelle.
    1.jpg
    Um an die relevanten Bauteile zu gelangen muss erst der hintere Thermoblock ausgebaut werden. Hierzu habe ich alle relevanten Stecker/Kabel (im Bild orange) mit einem Folienschreiber nummeriert, auf einer Skizze vermerkt und dann abgezogen. Zwei weitere Anschlüsse sind an der unteren Seite des Thermoblocks, die sieht man auf dem Bild nicht.

    Anschließend wurden die zwei PTFE-Schläuche (im Bild violett) gelöst und der Thermoblock konnte mit dem Magnetventil (die schwarzen Blöcke wo Parker draufsteht) entnommen werden, was dann so aussieht:
    2.jpg 3.jpg
    Jetzt ist der Blick auf die Baustelle frei. Zwischen den beiden violetten Ringe aus Bild 3 soll unser Expansionsventil eingebaut werden.

    Hierbei habe ich etwas Zeit verschwendet. Ursprünglich wollte ich ja wie MarkusGS auf Seite 22 des Threads über ein zusätzliches Schlauchstück und zwei weitere Eckverbinder gehen. Nach etwas rumprobieren habe ich mich dann aber entschieden, das Expansionsventil direkt an den Membranregler anzuschrauben.

    Hierfür muss die Pumpe ausgebaut werden. Einfach die beiden Schrauben der Gummihalterung öffnen, den Silikonschlauch abziehen und schon kann die Pumpe entnommen werden. Dann habe ich den Membranregler so hingedreht, dass der Ausgang nach oben zeigt. Auf den Membranregler wird dann direkt das Expansionsventil geschraubt.

    Das Gewinde muss abgedichtet werden. Ich habe Teflonband genutzt, unbedingt vorher ein Tutorial auf Youtube schauen, wenn man sowas zum ersten Mal macht. Wenn ich mich recht erinnere, habe ich das Ventil mit 7 Umdrehungen geschraubt und ca. 12 Teflonumwicklungen. Zu beachten ist, dass ein mit regulärem PTFE-Band abgedichtetes Gewinde nie in Öffnungsrichtung gedreht werden darf, also vorher gut überlegen, wie weit man was dreht.

    Anschließend habe ich den Eckverbinder mit Teflon umwickelt und in das Ventil geschraubt, hierbei waren nur 4 Umdrehungen möglich. Vielleicht findet jemand einen Eckverbinder der da besser passen würde.
    4.jpg
    Jetzt den neuen PTFE-Schlauch anbringen (violetter Kreis) und das Magnetventil anschließen (orange). Den PTFE-Schlauch noch nicht abschneiden.
    5.jpg
    Als nächstes habe ich das Y-Stück für den Rücklauf in den Wasserbehälter vorbereitet. Dass es weniger Raum im Gehäuse einnimmt, habe ich ca. 1,5 cm vom unteren „Y-Ende“ abgeschnitten. Darauf habe ich dann ein paar cm Silikonschlauch gesteckt und schräg angeschnitten (dieses Stück wird dann durch den Boden in den Behälter geführt).

    Anschließend den neuen Silikonschlauch (der später mit dem Expansionsventil verbunden wird) und den Silikonschlauch der vom Magnetventil (habe ich das richtig in Erinnerung?) kommt mit den Zuläufen des Y-Stücks verbinden.
    6.jpg
    Nun die Pumpe wieder einbauen und den neuen PTFE Schlauch mit einem Cuttermesser zuschneiden und mit dem Ausgang des Expansionsventils verbinden.

    Tipp: Dabei würde ich kein zweites Mal mehr so vorgehen, wie ich das im Folgenden Bild gemacht habe. Ich würde den PTFE Schlauch viel länger lassen und „über“ den Thermoblock verlaufen lassen. Habe den Vorschlag in die Grafik als tollen orange Strich gezeichnet.
    7.jpg
    Nun kann auch der neue Silikonschlauch zugeschnitten werden und an dem Überdruckauslass des Ventils befestigt werden. Dann den Thermoblock einbauen und alles wieder anschließen.

    Jetzt ist es fast fertig.
    8.jpg
    Jetzt kommt nochmal etwas wichtiges, was man schon beim Aufschrauben des Ventils an den Membranregler bedenken soll:

    Durch das Vibrieren der Pumpe im Betrieb dreht sich diese und das schwere Expansionsventil „kippt“ zur Gehäusewand. Wenn man also das Ventil auf die Pumpe dreht, dann eher nicht zu weit drehen, sonst dreht es sich möglicherweise eine 1/8-Drehung wieder zurück im Betrieb, was sich negativ auf die Teflon-Gewindeabdichtung auswirkt.

    Da das Ventil an der Gehäusewand anliegt, wäre der Betrieb ohne Dämmung extrem laut. Ich habe mir hiergegen einfach einen schmalen Streifen aus dem Deckel der Maschine geschnitten. Das habe ich einfach mit einem geraden Schnitt mit dem Cuttermesser gemacht, den Streifen dann mit einer Spachtel „abgehoben“ und mit doppelseitigem Klebeband befestigt. Somit war der Umbau abgeschlossen. Mithilfe eines kurzen Schraubendrehers kann das Ventil bequem eingestellt werden.
    9.jpg
    Das Einstellen war eigentlich ziemlich unkompliziert:

    Mit sehr feinem Espressopulver habe ich einen Durchfluss komplett verhindert. Ich glaube das Ventil war ohnehin auf 10 bar eingestellt. Hierbei kam gar nichts aus dem Siebträger und alles wurde über das Ventil zurück in den Behälter gefördert. Ich habe dann 10,5 bar eingestellt.



    Jetzt ist der Beitrag ohnehin schon so lange geworden. Dann belasse ich es jetzt einfach mal beim reinen Installationspart in der 3004.


    Ich möchte einfach sagen, wer sofort den Thermoblock und die Pumpe ausbaut braucht auch vor der 3004 keine Angst haben. Der Espresso ist bedeutend besser und einfacher in der Herstellung geworden, es hat sich auf jeden Fall gelohnt.


    Wenn ich wieder Zeit habe folgt meine Teileliste und Beobachtungen zum Verhalten des Ventils.



    Viele Grüße und Spaß beim Umbau eurer Maschinen

    Christian

    P.S. vielleicht könnte ein Mod meine letzten zwei Beiträge entfernen, der Thread ist ja schon umfangreich/unübersichtlich genug :)
     
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  13. #473 MarkusGS, 29.05.2019
    MarkusGS

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    Hallo Berbua,
    deine Variante gefällt mir noch etwas besser als meine. Auf die Idee, dass Expansionsventil nach oben zu drehen bin ich nicht gekommen. Gute Lösung. Meins ist leider noch immer mit Kabelbindern befestigt. Na ja, nichts ist beständiger als ein Provisorium.
    Gruß Markus
     
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Einfluss auf die Durchlaufgeschwindigkeit Quickmill

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