Funktionsweise von Niveausonden in Espressomaschinen

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  1. flomei

    flomei Mitglied

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    Hallo!
    Mich interessiert, wie die Füllstandsmessung mit Niveausonden in Espressomaschinen umgesetzt wird, bzw. warum einige Dinge so gemacht werden, wie sie gemacht werden.

    Grundsätzlich kann die Messung über Niveausonden ja über eine Messung des Widerstands/der Leitfähigkeit oder auch über eine kapazitive Messung erfolgen.

    Da sich die Dielektrizitätskonstante von Wasser abhängig von der Temperatur des Wassers ändert frage ich mich, ob eine kapazitive Messung einfach oder sinnvoll umsetzen ist. Je wärmer mein Wasser wird, desto leerer müsste mein Tank erscheinen, wenn ich das richtig rum gedacht habe, oder nicht? Wird also stattdessen einfach nur die generelle Leitfähigkeit gemessen, mit der man vermutlich gut zwischen "Wasser an Sonde" und "Kein Wasser an Sonde" unterscheiden könnte? Oder ist die kapazitive Messung so "ungenau" ausgelegt, dass man auch damit nur das Vorhandensein von Wasser misst ohne einen genauen Füllstand zu erfassen?

    Dann habe ich festgestellt, dass einige Hersteller abgewinkelte Niveausonden verbauen. Das ist zum Beispiel bei meiner Cimbali M30 auch der Fall. Mir erschließt sich nicht genau, warum man das machen sollte.

    Wenn ich davon ausgehe, dass ich den Füllstand im Kessel erfassen möchte, um die Wasserzufuhr ab- und die Heizung anzuschalten, dann möchte ich doch einen möglichst starken und sauberen Übergang zwischen den beiden Zuständen erreichen. Eine abgewinkelte Sonde wäre da doch eher kontraproduktiv, wenn da erstmal nur ein Bruchteil von der abgewinkelten Spitze der Sonde bedeckt ist, im Vergleich zur vollen Längsseite einer nicht abgewinkelten Sonde? Auf der Platine meiner Cimbali M30 habe ich Schmitt-Trigger-ICs gesehen, dienen die vielleicht zur "Unterdrückung" der Effekte, die durch eine abgewinkelte Sonde entstehen können?

    Würde mich freuen, wenn mich da jemand erhellen kann, weil ich darüber bisher wenig gefunden habe.

    Danke und beste Grüße
    Florian
     
  2. -Dune-

    -Dune- Mitglied

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    Du machst dir Gedanken...
    Genau so.
    Es ist nur ein Edelstahlstab der bei Kontakt mit Wasser den Schaltkreis (ca 5V) über die Erdung schließt. Die Pumpe wird abgeschaltet und die Heizung angeschaltet. Daher bringt es auch nichts die Sonde zu tauschen wie ich es schon oft gelesen habe. Sie kann zwar verkalken und so später anschlagen, was einen höheren Wasserstand zur Folge hat, aber sie geht nicht kaputt. Der Füllstand im Wassertank funktioniert genau so oder über Federn und Druckschalter unter dem Tank (Gewicht).

    Die Sonde der Junior ist aufgrund der besonderen Einbaulage abgewinkelt.
    Es reicht wenn die Spitze einen Tropfen Wasser abbekommt, schon ist die Füllung beendet.

    Sicherlich ist dir auch schon mal aufgefallen dass für wenige Sekunden nachgefüllt wird. Ich erkläre es mir so dass das Wasser durch das Kochen in Bewegung gerät und so die Sonde berührt wird. Wenn sich das Wasser beruhigt ist der Füllstand wieder minimal zu gering.

    Meine Mechanika 3 (Bezzera Mitica/Magica) hat sogar zwei Sonden, eine für den Minimalen Füllstand zum Schutz der Heizung und eine für den maximalen. So heizt die Heizung schon bevor der maximale Füllstand erreicht ist.
     
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  3. flomei

    flomei Mitglied

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    Hey, muss ja auch einer machen... ;-D

    Ich meine wenn man das "so richtig" kapazitiv misst und die Temperatur des Wassers zur Korrektur heranzieht, dann könnte man das Verhältnis von Wasser und Dampf anpassen, je nachdem wieviel Dampfvolumen man gerne hätte.

    Ich hätte gedacht, dass das einige Maschinen vielleicht genau darüber machen. Wobei das mit den Schwimmerschaltungen vermutlich einfacher geht als über die kapazitive Messung.

    Aber gut, wieder was gelernt. :)
     
  4. -Dune-

    -Dune- Mitglied

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    Das kann man indem man die Sonde tiefer oder weniger tief rein steckt, so simpel.
    Es gibt hier keinen "Schwimmer".
    Der Füllstand der vor erreichen der Sonde vorliegt interessiert nicht. Der Schutz der Heizung hat oberste Priorität.
     
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  5. #5 Cappu_Tom, 30.10.2019
    Cappu_Tom

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    Ergänzend noch zu @-Dune- und zur Übersicht:

    Im Allgemeinen begnügt man sich wegen der Einfachheit und aus Kostengründen mit einer einfachen Grenzwertmessung.
    Daneben: Kontinuierliche Anzeige, altbewährt und stromunabhäng - das Schauglas ;)

    Im Kessel hat sich die Leitwertmessung durchgesetzt: einfacher Aufbau, dauerhaft - auch bei 'unwirtlicher' Umgebung. Funktionsprobleme bei 'Reinstwasser', was man ja aber ohnedies aus anderen Gründen nicht haben sollte.

    Im Tank
    sind Leitwertmessung, Schwimmer, Gewichtsmessung und kapazitive Messung verbreitet. Daraus ergeben sich jeweils spezifische Vor/Nachteile. Im Tank herrschen zwar 'freundlichere' Verhältnisse, durch die geforderte Entnehmbarkeit und der leichten Reinigung ergeben sich allerdings gewisse Einschränkungen.
    • Leitwertmessung erfordert eingebaute Elektroden und deren Kontaktierung an der Tankaußenseite, ansonsten ähnlich wie im Kessel.
    • Ein Schwimmer erfordert Einbauten. Der Sensor (Reedkontakt, Magnetfeldsensor) ist im mm Abstand seitlich am Gehäuse befestigt.
    • Gewichtsmessung wird meist mittels Feder und Mikroschalter an der Tankauflage realisiert, keine Einbauten erforderlich.
    • Die Kapazitive Messung erfordert keine Einbauten, der Sensor wird in (einigen) mm Abstand seitlich am Gehäuse befestigt. Das Prinzip ist unabhängig von den Eigenschaften des Wassers und des (nichtmetallischen) Tanks.
     
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  6. #6 McGyver, 30.10.2019
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    Eine echten Schwimmer mit Luftkugel gibts in der Dosatron,dabei schaltet ein Reeds.
     
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  7. flomei

    flomei Mitglied

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    Mit liegendem Kessel und entsprechend waagerecht eingebauter Sonde, so wie bei der M30, kommt man da aber auch nicht weiter, oder?

    Aber auch großen Dank an Tom für die ausführlichen Ausführungen, vielleicht stolpert ja mal wieder jemand hier drüber. :)
     
  8. #8 McGyver, 31.10.2019
    McGyver

    McGyver Gast

    Wenn man die Sonde tiefer schiebt dann hat man mehr Dampfvolumen,höher heisst mehr Wasser längere Aufheitzzeit, weniger Dampf.
    Ganz einfach
     
  9. flomei

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    Ja, versteh ich schon, aber ich glaube so kann man das bei der M30 nicht regeln, oder? Da wird die Sonde (die vorne abgewinkelt ist) doch von der Seite in den Kessel geschoben. Wenn ich die tiefer oder weniger tief in den Kessel schiebe, dann bleibt aber doch der Abstand zur Wasseroberfläche gleich, weil die Sonde parallel dazu verläuft. Oder kann man die irgendwie anders einbauen?
     
  10. #10 McGyver, 31.10.2019
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    McGyver Gast

    ja klaro muss man die dann nach unten biegen wenns erforderlich ist.
     
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  11. #11 McGyver, 31.10.2019
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    McGyver Gast

    oder einfach seitlich drehen geht auch,aber dann steigt natürlich der Wasserstand.
     
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  12. #12 Ski_Andi, 02.11.2019
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    die gewinkelte Sonde habe ich schon bei mehreren Maschinen gesehen. Sie wurde immer stirnseitig in den Kessel geschraubt.
    Der Vorteil ist, dass man die Sonde auch drehen kann, wenn alle Verschraubungen dicht sind. Allerdings ist der Kesselfüllstand eher schwer exakt einzustellen.

    Von oben eingesteckte lassen sich dafür aber schwerer verschieben.
     
  13. #13 presskopf, 19.03.2021
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    Hallo zusammen,
    dies ist mein erster Beitrag im KN, daher erst mal ein Hallo in die Runde!

    Ich habe diesen Thread ausgebuddelt, weil ich glaube, dass es hier am besten reinpasst und ein neuer Thread nicht von Nöten ist.

    Es geht mir um die Niveaumessung in einer VBM Dualboiler (erste Gen.). Dort ist ja eine Tauchsonde eingebaut. Die Verkabelung geht von der Elektronikbox zum Kessel; dabei geht eine Ader an die Sonde, die andere and den Kessel. Wird daher wohl die Leitwertmessung sein.
    Verstehe ich das richtig, dass die Spannung, die an der Sonde anliegt bei Berührung mit dem Wasser kurzgeschlossen wird und die Box folgendermaßen auswertet:
    - Spannung high: Füllstand zu niedrig -> Pumpe einschalten, Magnetventil einschalten
    - Spannung low: Füllstand erreicht -> Pumpe aus, Magnetventil aus

    Demnach sollte doch bei einer Verkalkung, bei kaputtem Kabel / Verkabelung / Kontaktierung, oder beim Abziehen des Sensorkabels das Wasser permanent in den Wasserboiler gefördert werden, oder?
    Wenn dem nicht so ist, dann wäre die Box wohl hinüber (hier hatte ich leider gerade einen kleinen Unfall, daher auch meine Frage).

    Grüße
    Matthias
     
  14. #14 Cappu_Tom, 19.03.2021
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    Richtig, ist bei allen Kesseln so.
    Sinngemäß richtig, wenn auch 'nicht ganz kurzgeschlossen'.
    Richtig, wenn sonst nichts auffälliges zu sehen ist (abgewetztes Kabel...)
    Was ist denn passiert?
     
  15. #15 presskopf, 19.03.2021
    Zuletzt bearbeitet: 19.03.2021
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    Danke für die Infos.
    Das passt jetzt nicht zum Thread-Thema, sondern zu meiner Fehlersuche:

    Ach, vor ein paar Tagen komme ich morgens in die Küche und es ist dunkel - Sicherung rausgeflogen.
    Um 6:00 Uhr schaltet die Zeitschaltuhr die VBM ein. An diesem morgen hat der kurze Druckschlauch zwischen Pumpe und Boiler/Magnetventil nachgegeben und es hat rausgesuppt. Wohin? Natürlich genau auf die Blackbox: GICAR PIDBULL 9.9.05.64G, dabei sind das rote Schrack-Relais und die grüne Buchse/Stecker verkokelt.

    Mit Elektronik kann ich eigentlich ganz gut, also wurden die verkohlten Teile ausgelötet, die verkohlten Platinenabschnitte ausgefeilt, neu mit 2K-Epoxyharzd vergossen, ein neues Relais und eine neue grüne Buchse eingelötet und analog auf der Platine bedrahtet.

    Das hat soweit funktioniert, dennoch rührt sich nicht alles.
    Display mit Temperatur und Control - check
    2 Heizungen - check
    Wiederbefüllung des Wasserboilers - fail - Pumpe und Magnetventil springen nicht an.

    Jetzt fokussierte ich mich erst mal darauf, zu verstehen, wie die ganze Suppe funktioniert und dazu gehört auch der Niveausensor.

    Nach den Erkenntnissen, die ich nun habe, scheint die Box doch mehr Schaden genommen zu haben.
    Ich kontrolliere jetzt nochmal die Leiterbahnen. Sind ja nur kürzeste Abschnitte. Wenn das nix hilft, scheint mir nur noch eine neue teure Box die Lösung zu sein. :(
     
  16. #16 Cappu_Tom, 19.03.2021
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    Das ist zu befürchten, da habe ich leider auch keinen weiterführenden Tip.
     
  17. #17 presskopf, 20.03.2021
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    Stimmt :) Nach dem Nachdenken: auf LOW gezogen. :)

    Ich vermute, einer der Transistoren oder Triacs wird wohl durch den Wassereintritt das Zeitliche gesegnet haben.
    Das auf einer Schaltung ohne auszulöten zu orten und zu testen, kriege ich ohne Schaltplan nicht hin.

    Jedenfalls Danke für Dein Feedback. Ich habe mir jetzt bei der Amazone einen sehr, sehr, sehr günstigen Ersatz geschossen (26 EUR).
    Zu günstig, um wahr zu sein; bin echt gespannt und irgendwie traue ich dem Braten nicht. Die Lieferzeit aus IT ist 14 Tage.
     
  18. #18 Espressojung, 20.03.2021
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    Na ja, wie heißt es so schön op kölsch: Wat nix koss, dat is och nix.
     
  19. #19 Cappu_Tom, 20.03.2021
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    Schäm dich! ;)
     
  20. #20 Espressojung, 20.03.2021
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    wieso?
     
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