Temperaturstabilität bei kleinen und großen Boilern

AW: Temperaturstabilität bei kleinen und großen Boilern

Hallo!


Das ist nicht ganz mein Punkt! Natürlich kann eine Maschine mit schlechter Recovery-Zeit nicht sinnvoll betrieben werden. Worauf ich hinauswollte: PID-Recovery-Zeit ist nicht gleichzusetzen mit minimalem Shotabstand bei reproduzierbarer Temperatur. Ich habe den PID der Lelit zwar dazu gebracht nach 65 Sekunden den Sollwert zu erreichen und zu halten, aber wenn ich das versuche auszuschöpfen und alle 90 Sekunden beziehe, driftet die Temperatur bei jedem Shot 1° nach unten.


Deshalb mein Vorschlag den minimalen Shotabstand bei reproduzierbarer Brühtemperatur zu messen! Da würde man sich alle interpretatorischen Komplikationen sparen und verschiedene Systeme nach ihrer Leistungsfähigkeit vergleichen.

Grüße
octa

 

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> wäre eine Heizquelle, die das mit Wasser passend ermischt besser zu regeln, oder?

Das wäre ideal. Das Rancilio XCelsius-System soll das können. Ich weiß nicht, wie es realisiert ist.

 

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ups: hier fehlt das erste Zitat...Naja, ging um Dietmars Einwurf zur ersten kurzen Wasserabkühlphase durch kalten Puck.

S.Bressau: finde deine Ableitung den falschen (Denk)weg. Ich ziehe mir aus dietmars (richtigen) Einwurf eher das, daß die Preinfusion möglicherweise hier den größten Nutzen bringt: das Wasser hat mehr Zeit (dank geringerer Flußrate, bzw. "stehen" im Puck) den Puck vorzuwärmen, so daß eigentlich praktisch keine Extraktion mit zu kaltem Wasser erfolgt, sondern der Puck sich mit dem Wasser erwärmt und durch langsames Druckansteigen die Extraktion dann auch mit der richtigen Temperatur erfolgt. temperaturabfall während des Bezuges durch Aluplatte, hat imho nix mit dietmars Einwurf zu tun.

garamiel: ich hoffe du nimmst nach den hier vorgebrachten Argumenten den "hanebüchenen Unsinn" zurück....

Diese Diskussion deckt sich mit meiner Annahme, daß mehr Masse immer eine schwierigere Regelung als Ergebnis hat. Ich gehe ganz mit Bohnenschorch, der eigentlich meine hypothetische Traummaschine beschrieben hat. Interessant ist, daß sowas also bei Nespresso umgesetzt scheint und das erklärt dann ja auch ziemlich überzeugend, wieso aus 4 gramm kaffe doch noch so ein Ergebnis rauszuholen ist.

octabeer: ich bin ganz bei dir, daß diese Diskussion hier einerseits dringend erforderlich ist und sehr sehr nützlich, aber andereseits mangels wirklich verläßlicher und vergleichbarer Messungen hier wahrscheinlich kein "grund" reingebracht werden kann.

Leider ist die Ascaso Steel Uno PID hier wenig vertreten, aber die hat doch einen Thermoblock mit PID (??) Eigentlich müßte das ja fast noch besser als Boiler funktionieren, da hier auch wenig Trägheit zu erwarten ist.

 

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Die Argumentation war, dass eine massive Duschplatte das durch das Pulver abgekühlte Wasser im Puck wieder aufheizt. Das geht doch nur, wenn sich das kalte Wasser zurückstaut. Ob dazu bei einem normalen Bezug die Zeit reicht? Es drückt ja ständig neues Wasser nach. Ich glaube(!) auch, dass der Effekt nur bei einer Präinfusion auftritt, d.h. wenn zwischenzeitlich die Flussrate auf 0 sinkt.

Wenn die Temperatur des durchströmenden Wassers im Puck während des Bezugs ansteigt, man dies aber nicht möchte, wäre für mich eine Abhilfe, das Wasser wärend des Bezugs runterzukühlen.


Woher stammt die Info, dass die Ascaso angeblich einen Thermoblock hat? Im wiki steht, dass der Kessel ein Volumen von 325 ml hat - das gleiche behauptet übrigens auch z.B. der e-doc ;-)

 

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bez. Ascaso: dann hatte ich es falsch im Hinterkopf (hatte ja Fragezeichen gesetzt).

Puckaufheizen: "während" des Bezugs, ist imho alles vorbei (also diese Phase). Es geht doch nur um die erste Sekunde des Aufeinandertreffens Puck/Wasser. Nachströmendes Wasser heizt doch sofort auf und nach.... Und davon ausgehend ist im Bezug auf die Duschplatte dann die die bessere, die die bessere Wärmeleitfähigkeit hat, denn: von oben strömt ja immer das warme Wasser nach. Je besser das die Duschplatte weitergibt, umso besser.

Also ihr Dreher und Bastler: das Forum schreit nach Silberduschplatten.. ;-)

Und in der Tat denke ich, daß man es geschickt so machen kann, daß die Brühgruppe (inkl. Duschplatte) quasi im Stillstand einen leichten Wärmeüberhang hat, der dann in den ersten Sekunden auf den Puck gegeben wird und dann ist alles im Fluß.

Also erfundenes Beispiel:

-Zielbrühtemperatur 92 grad

Kesseltemperatur startet mit 102 grad, brühgruppe hat 80 grad- wasser wird anfangs nur auf 96 grad gekühlt und heizt mit den 4 grad Überschuß den Puck auf. Abkühlung der BG und Aufheizung des Pucks fallen zusammen und nach ein paar Sekunden ist der Offset so, daß die 92 Grad entstehen. So könnte ich es mir vorstellen. Vielleicht ist es dieser "Wärmeüberhang" den octabeer z.b. anmahnt, wenn er davon spricht, daß die Maschine länger braucht um wieder voll auf Start zu sein, als das pure Erreichen der PID-solltemperatur.

Man müßte diesbezüglich einmal wissen wieviel Wärmemenge so ein Puck verschlingt. Sooviel kanns nun nicht sein. Wichtiger ist mit Sicherheit die umgebenden Massen (Siebträger, BG) in das Sollfenster zu bekommen.

 

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> Die recovery time(im Sinne von octabeers definition ) ist bei den kleinen Systemen nicht optimal

Was ist schon optimal. Im Gegensatz zu den fundamentalen Problemen der kleinen Boiler (Leerbezugsrate hat zu großen Effekt auf Temperatur) ist die Recovery-Zeit ein hinreichend lösbares Problem. Wenn der Ausgangspunkt ein gut eingestellter/geregelter Einkreiser ist - einer, der durch Espresso-Shots nie aus der Ruhe kommt, der keinen nennenswerten Temperaturabfall im Boiler zulässt, der 30s danach den Boiler auf weniger als 0,5 Grad Fehler ausgeregelt hat - dann stimmt auch die Inter-Shot-Temperatur. Es gibt keinen Recovery-Bedarf, wenn das Herz der Maschine nie aus dem Gleichgewicht kommt.

Dass die kleine Gruppe bei Durchfluss mit Brühwasser eine andere Temperatur annimmt, als nach langer Ruhe, versteht sich von selbst, aber wieso sollte das ein Problem sein? Darauf kann man sich einstellen (PID-Temperatur ggf. anpassen), die Reise geht zur Brühwassertemperatur.

Ein im Kern temperaturstabilisierter Einkreiser wird bei intensiver Nutzung, wenn sich die PID-kontrollierte Temperatur dank Durchfluss ausbreitet, IMHO besseren (reproduzierbareren) Espresso machen, als bei seltener Nutzung, bei der sich die Gruppentemperatur einem windigen thermischen Gleichgewicht genähert hat, das beim ersten Wasserdurchfluss verschwindet. Wenn man die Maschine nicht intensiv nutzt, kann man mit dem beschriebenen Flush der Gruppe - d.h. einem ohne negative Konsequenzen für die Temperatur im kleinen Boiler - Nutzung simulieren.

 

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und genau hier sind wir bei verschiedenen Ansichten über den Arbeitspunkt einer kleinen PID Maschine... Ich gehe mit dietmar und würde den Arbeitspunkt (oder sollte man auch von resultierendem Offset reden?) auch eher dort ansetzen, wo die Maschine quasi im Fluß ist.
octabeer verstehe ich so, daß er als Arbeitspunkt eine maximal aufgeheizte Maschine will.

Müßten sich beide Arbeitspunkte aber nicht lediglich durch eine andere Kesseltemperaturvorgabe unterscheiden? Will sagen, wenn ich 92 Grad Zieltemperatur haben will, stelle ich bei octabeer methode einfach 94 (jetzt nur mal als Beipsiel!) ein und warte bis die BG warm ist und bei dietmars Methode stellt man einfach dann 96 ein, um am Ende bei der gewünschten Temperatur anzukommen?

 

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>Wenn der Ausgangspunkt ein gut eingestellter/geregelter Einkreiser ist - einer, der durch Espresso-Shots nie aus der Ruhe kommt, der keinen nennenswerten Temperaturabfall im Boiler zulässt, der 30s danach den Boiler auf weniger als 0,5 Grad Fehler ausgeregelt hat - dann stimmt auch die Inter-Shot-Temperatur. Es gibt keinen Recovery-Bedarf, wenn das Herz der Maschine nie aus dem Gleichgewicht kommt.

Gibt es das als Konzept außerhalb des faustino/arturo boards? Also nicht, dass das dir Unrecht gibt, nur ist es ein Konzept jenseits gebräuchlicher Maschinenkonzeptionen mit entsprechend anderen Temperaturkonzepten. Kann man das ohne gesteuerte Pumpe umsetzen?



>Ein im Kern temperaturstabilisierter Einkreiser wird bei intensiver Nutzung, wenn sich die PID-kontrollierte Temperatur dank Durchfluss ausbreitet, IMHO besseren (reproduzierbareren) Espresso machen, als bei seltener Nutzung, bei der sich die Gruppentemperatur einem windigen thermischen Gleichgewicht genähert hat, das beim ersten Wasserdurchfluss verschwindet.

Hast du so ein Konzept für die Silvia oder die Gaggia mal fertig ausgetüftelt? Mich würde sehr interessieren welche Flussraten und Heizleistungen du gewählt hast. Natürlich ist es auch Arbeit solche Daten zusammenzustellen.
Ist der Leerbezug bei verringertem Fluss gesteuert oder geregelt?

Grüße
octa

 

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Ich hab die automatische Reglung des Vorheizers noch nicht fertig, aber in diversen manuellen Versuchen bin ich schon auf Werte <2 Grad Abkühlung des Boilerwassers ohne Nutzung der Boilerheizung im Leerbezug volle Flussrate EX5 gekommen. Da lief der Vorheizer (müsste lügen glaub 1300w saeco) vorher auf idle und 5sek vor Bezug auf Volllast. Sonst nichts verändert, außer PT100 im Kesselwasser. Die Reglung des Vorheizers ist aber relativ kompliziert für den Leerbezug / volle Flußrate Fall, da hier natürlich ganz andere Heizleistungen, als im Espressobezug gefordert sind und man nicht überheizen darf.

Bekommt man eine clevere Steuerung des Vorheizers hin, ist es also relativ einfach mit zusätzlichem PID für Boiler das System so ziemlich komplett konstant zu halten - egal was man damit anstellt.

 

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> Gibt es das als Konzept außerhalb des faustino/arturo boards?

Das "Konzept" eines temperaturstabilen, schnell ausgeregelten Boilers? Das sollte eigentlich jeder PID schaffen, das starke Stellglied der meisten Maschinen gibt es rechnerisch her und ein PID, der es dennoch bei 25/50ml in 25s nicht schafft und -10 Grad zulässt, hätte seine Aufgabe verfehlt. Zumindest mit Sensor im Boiler braucht man keine ausgefallenen Tricks. Das, was Du möglicherweise für besondere Features/Tricks hältst, z.B. Ramp and Soak oder Verknüpfung mit einem (Pump-)Signal, ist auch bei PIDs von Markenherstellern zu haben, das sind keine caffè!-Erfindungen. Wenn solche Features hier außer bei caffè!/ristretto!-Usern wenig bekannt sind, liegt es nur daran, das viele Bastler ebenso wie die Hersteller von Espressomaschinen lieber die PIDs für 25 EUR kaufen. Wenn man so was mit Außensensor ansetzt, ist natürlich etwas weniger Regelungsqualität zu erwarten, wenn die Pumpe loslegt.

> Kann man das ohne gesteuerte Pumpe umsetzen?

Es war bewusst nur von "durch Espresso-Shots nie aus der Ruhe kommen" die Rede. Stabilisieren bei Espressoflußrate erfordert keinen ungewöhnlichen Aufwand (sei es leistungsgesteuerte Pumpe oder yoursong's Vorheizthermoblock). Bei Leerbezugsrate müsste man sich was einfallen lassen, um dem PID zu helfen, die Temperatur hoch zu halten, z.B. intervallweiser Betrieb mit kurzen Laufzeiten.

> Hast du so ein Konzept für die Silvia oder die Gaggia mal fertig ausgetüftelt?

Ich habe einen Nachmittag lang ausprobiert, was möglich ist, aber was ich bei Tests ausprobiere, überlebt nicht die ständigen Firmwareupdates, Werte wirst Du also selber finden müssen. Meine eigene Nutzung der Espressomaschine kennt keine Shot-Recovery oder Standzeiten: ein, Aufwärmprogramm (spült wiederholt Wasser durch die Gruppe), Doppio, aus.

 

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Hallo,


ich habe diesen sehr interessanten Thread nun schon länger verfolgt.
Ich glaube, dass ich noch eine weitere Sichtweise auf dieses Thema beitragen kann.

Das Grundkonzept der Brühgruppe ist neben dem Halten des Siebträgers doch, dass das durchströmende Wasser
über den Bezugszeitraum so temperaturkonstant wie möglich im Siebträger ankommt.
Die Brühgruppe ist ein gezielt eingesetzter Wärmespeicher, der Wärme von zu heißem Wasser aufnimmt und an zu
kühles Wasser wieder abgibt.
Bei einem Einkreiser, dessen Boilertemperatur durch einströmendes kaltes Wasser im Shotverlauf sinkt, muss die Brühgruppe den anfangs noch heißen Wasserschwall abkühlen und später das dann kühlere Wasser des Boilers wieder soweit anwärmen, dass ein annähernd gerader Temperaturverlauf erreicht wird.
Das Gesamtsystem ist für eine Thermostatregelung konzipiert, die Brühgruppe wirkt auch bei den starken Temperaturschwankungen einer solchen Regelung ausgleichend.
Insbesondere für einen kleinen Boiler ist es wichtig, dass die Brühgruppe diese Funktion erfüllt.
Bei einem größeren Boiler ist dieser Zweck der Brühgruppe weniger bedeutend, da das Boilerwasser wärend dem Shot weniger stark an Temperatur verliert.

Wenn man nun einen PID nutzt um die Wassertemperatur im Boiler zu stabilisieren, ist das oben beschriebene Verhalten der Brühgruppe möglicherweise hinderlich, insbesondere wenn man die Inter-Shot-Temperatur beeinflussen will.

Für starke Regeleingriffe mit dem Ziel Inter-Shot-Temperaturstabilität und Intra-Shot-Temperaturstabilität optimal hinzubekommen ist eine kleine, möglichst gut an den Boiler gekoppelte Brühgruppe sinnvoll. Sie soll die Temperaturschwankungen durch kleine Regelungsverzögerungen gerade so ausgleichen, und nach dem Shot schnell wieder eingeschwungen sein.

Ein optimal geregelter Einkreiser der durch Espresso-Shots nie aus der Ruhe kommt (bzw. schnell ausgeregelt ist) ist also
konstruktionsbedingt einer mit einer kleinen schnell reagierenden Brühgruppe.

Größere, oder nur schwach an den Boiler gekoppelte Brühgruppen, sind einfach träger und das System kann nach einer Auslenkung nicht so schnell in einen stabilen Zustand zurückkehren.


Gruß
simmerl

 

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Auf meiner Suche nach einer Lambro bin ich auch auf folgendes gestoßen:

Faema Lambro Brew Temperature - Lever Espresso Machines &bull; Home-Barista.com

passt zum Thema.

 

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simmerl: eine Brühgruppe, die das Wasser anwärmt, müßte heißer als das Wasser sein. Ich glaube ,das gibts nirgends...!

Es geht in jedem Falle nur darum, wie weit die Brühgruppe das Wasser abkühlt. Eine Abkühlung/Abführung von Wärme findet immer statt, die Frage ist wieviel. Dieses Verhältnis- ist das nicht unser bekannter offset?- kann im Laufe des Bezugs sich ändern.

Im Prinzip mischt sich die Brühtemperatur aus Wassertemperatur und (u.a.) Brühgruppentemperatur. Die schnellste und beste Regelung um das auszugleichen, oder auch zu ändern, ist, wenn man warmes und kaltes Wasser mischt und damit in Echtzeit definierte Temperaturen hinbekommt. Danke an dietmar für den Tip, daß die xcelsius (rancilio) das macht. genialer gehts eigentlich nicht.

Denn: mehr Masse an der Brühgruppe bedeutet zwar mehr Stabilität, aber auch große Trägheit.

 

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Vielleicht meint er mit PID? dann stimmts.

 

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Warum kann es so etwas nicht geben?

 

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So hat das bisher immer gut funktioniert. Je mehr Masse, desto stabiler. Die Trägheit ist der Garant.
Alternativ denkbar: eine BG mit kleiner Masse und ganz genauer und flinker Regelung.

 

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Hallo!



@garamiel: Wenn ich Simmerl richtig verstanden habe, meint er das gleiche wie du --> Die Handhebler von denen du sprichst sind die ebenfalls nicht PID-geregelt?
Es geht darum, dass die Rancilio Konstrukteure nicht aus Langeweile oder Nächstenliebe die Kosten einer 400 Gramm-Gruppe in die Kalkulation einer Silvia eingepreist haben, sondern weil das für das schwingende Temperaturkonzept mit Thermostaten stabilisierend wirkt. Da wird versucht einen breiten Korridor zu treffen und Thermostate +/- massive Messingplatte in der Dusche +/- schwere Gruppe sollen sich dann in einem breiten Band ausgleichen und insbesondere die fallende Temperatur des abgegebenen Wassers kompensieren. Dazu ist der Arbeitspunkt der Gruppe weit unter der Brühtemperatur. Vorallem beim Dampfen wird die Gruppe aus diesem Arbeitspunkt herausbewegt und benötigt Zeit zum Abkühlen. Das verschlechtert die Cool-Down-Zeit.
Mit einem PID steigen die Ansprüche an den Temperaturkorridor und es erfordert eine andere Herangehensweise, wenn man dieses Problem verringern will (siehe dietmars_ Vorschlag).
Ich finde den Punkt von Simmerl sehr wichtig!


1) Es lässt sich womöglich folgendes festhalten: Es gibt handelsübliche Espressomaschinen mit kleinem Boiler, die das Brühwasser mit fallender Temperatur abgeben. Nachgelagerte thermische Elemente ermischen daraus einen akzeptablen Temperaturverlauf. Das dürfte auf die Silvia zutreffen. Dazu liegen die Arbeitspunkte von Boiler und nachgelagerten thermischen Elementen weiter auseinander, was zu längeren Cool-Down-Zeiten führt.

--> Systeme, die das Brühwasser physikalisch ermischen sind nachteilig, da die verschiedenen Arbeitspunkte weiter auseinander liegen und verschiedene thermische Elemente konstruktionsbedingt Einfluss haben sollen. Sind diese thermischen Elemente aus ihrem Arbeitspunkt durch ganz normale Benutzung ausgelenkt, was ja passieren muss damit sie die Temperatur beeinflussen, wird die Rückkehr in den Arbeitspunkt von ihrer thermischen Trägheit (insbesondere WärmeABGABE) begrenzt.

Lösung 1: Temperatursurfen -> Man versucht den thermischen Zustand durch gezielte Bedienung zu steuern und an reproduzierbare Arbeitspunkt zu bugsieren.
Lösung 2 (octabeer): Ein PID übernimmt das Erreichen und Halten der auseinanderliegenden Arbeitspunkte, im Fall des Boilers deutlich oberhalb der Brühtemperatur. Für Reproduzierbare Ergebnisse wird versucht, immer wieder genau die gleichen Arbeitspunkte der verschiedenen thermischen Elemente zu Shotbeginn zu haben. Man bringt die Maschine quasi dazu reproduzierbar die Brühtemperatur physikalisch zu ermischen. Man akzeptiert die physikalischen Grenzen für den Verlauf der Brühtemperatur und die verlängerten Cool-Down-Zeiten, auch so sind gut reproduzierbare Brühtemperaturen möglich, die Brühkurve kann im Fall der Silvia durchaus beeinflusst und reproduziert werden.
Lösung 3 (dietmar_ soweit wie ich es verstanden habe): Der PID hält den Boiler der Maschine auf oder knapp über Bezugstemperatur. Das bestehende thermische Verhalten würde nun eine zu kalte Temperatur ermischen, dies wird durch Spülen verhindert. Temporär wird der Arbeitspunkt der thermischen Elemente hinter dem Boiler nahe an die Bezugstemperatur verlagert, sie haben keinen Einfluss mehr auf die Brühtemperatur. Die Maschine kann so benutzt werden, dass die eigentlich nachteilige Konstruktion nur einen geringen Einfluss auf die Bezüge hat. Damit kann die Cool-Down-Zeit verringert werden, die Rperoduzierbarkeit wird womöglich verbessert, die Möglichkeiten die Brühkurve zu beeinflussen werden womöglich erhöht.

Resümee: Konstruktion Kleiner Boiler mit nachgelagertem physikalischem Ermischen der Temperatur hat konstruktionsbedingte Nachteile. Diese sind allerdings weniger schwerwiegend (PID-Messwerte seien gleich Verlauf der Brühtemperatur) als häufig vermutet. Auch Maschinen mit kleinen Boilern, sogar wenn sie die Temperatur physikalisch ermischen, können mit einem PID so betrieben werden, dass sie bei 95% aller Bohnen keine nennenswerten Nachteile haben, außer der notwendigen cool-down-Zeit und Grenzen für das Temperature-profiling.



2) Handelsübliche Maschinen mit kleiner Gruppe, mit den meistens verbauten preisgünstigen PIDs mit nicht immer ganz nachvollziehbaren Messpunkten und Regelungsparametern, greifen in geringerem Umfang auf das Ermischen der richtigen Brühtemperatur durch nachgelagerte thermische Elemente zurück. Die Arbeitspunkte der nachgelagerten thermischen Elemente haben weniger Einfluss auf die Brühtemperatur. In Folge dessen beeinflussen sie in geringerem Umfang die Cool-Down-Zeit und die Brühkurve kann prinzipiell durch den Boiler stärker verändert werden.

--> Systeme, deren Temperaturverhalten weniger von der physikalischen Trägheit der thermischen Elemente hinter dem Boiler begrenzt werden, sind prinzipiell über einen PID präziser und schneller zu regeln. Sie bieten gegenüber den Maschinen aus Gruppe 1) Vorteile.

Resümee: Ich vermute die Lelit fällt in diese Kategorie, wahrscheinlich auch die Gaggia. Oder mache ich hier einen Denkfehler?


@Simmerl: trifft das hier bisher so ungefähr deinen Punkt?



Die Argumentation für Maschinen mit großen Boilern und kleinen vs. große/beheizte nachgelagerte thermische Elemente, würde analog verlaufen. Desto näher alle Elemente mit thermischen Einfluss an der Brühtemperatur liegen oder desto geringer der Einfluss von thermischen Massen ist, desto weniger begrenzt die thermische Trägheit das Temperaturverhalten der Maschine.
Allerdings haben wir zu solchen Maschinen kaum Messungen und können nur mutmaßen. Ich fand das hier genannte Beispiel einer sehr teuren Maschine mit nicht ganz überzeugender Wasserführung sehr interessant.

Als Resümee darf aber festgehalten werden: auch Maschinen mit kleinen Boilern, sogar wenn sie die Temperatur physikalisch ermischen, können mit einem PID so betrieben werden, dass sie bei 95% aller Bohnen keine nennenswerten Nachteile haben, außer der notwendigen cool-down-Zeit und Grenzen für das Temperature-profiling.
Temperaturstabilität ist zwar wichtig und die Voraussetzung um frustfrei an den verbleibenden Parametern herumprobieren zu können, ich (!) denke (!) jedoch, dass auch preiswertere Maschinen mit PID diese Aufgabe ausreichend gut erfüllen. Es gibt viele andere Gründe sich für eine teurere Maschine zu entscheiden, Schäumen war selbst auf meiner hochgerüsteten Silvia irgendwann einfach zu enervierend.


@garamiel: hättest du einen Link? Ich konnte die Messung in einem 100 Seiten Thread leider nicht finden.


Grüße
octa