Umbau der Heissluftfritteuse

Schon beim Kauf der Fritteuse und vor allem nach den ersten Testläufen zeichnete sich ab, dass wir ohne Umbaumaßnahmen an der Heissluftfritteuse wenig Chancen auf wirklich gute Ergebnisse haben. Angefangen bei der Trommelgeschwindigkeit und deren Aufbau, über die Heizleistung bis hin zu fehlenden Sensoren, gibt es einigeFaktoren, die das Ergebnis negativ beeinflussen. Glücklicherweise haben wir auf Grund unseres Studiums einige Kenntnisse in Elektronik und Elektrotechnik erlangen können, die uns bei der Umsetzung der Arbeiten noch sehr helfen sollten.

Trommelgeschwindigkeit

Das erste Problem, dass wir in Angriff genommen haben, war die viel zu langsam drehende Trommel. Die Durchmischung der Bohnen war sehr träge und die Färbung der Bohnen war sehr unterschiedlich. Wir haben uns dazu mit aktuellen Röstmaschinen befasst und uns schlussendlich für 50 Umdrehungen pro Minute entschieden. Jetzt ging die eigentliche Arbeit erstmal los. Die Hersteller solcher Geräte finden immer viele Möglichkeiten, einem das Leben beim Öffnen des Gehäuses zu erschweren. Zum einem Speizialschrauben und zum anderen sehr versteckte Schrauben. Die erste Öffnung des Gehäuses hat mich einige Nerven gekostet und viel Zeit in Anspruch genommen. Aber am Ende konnte ich den Motor im hinteren Teil des Gehäuses freilegen und auch austauschen. Leider passte der Ersatzmotor nicht mehr vollständig ins Gehäuse, wodurch ein paar chirurgische Schnitte notwendig waren, um alles passend zu machen. Das Ergebnis ist eine Aussparung, die dem Motor genug Platz verschafft und sicher auch der Kühlung des Motors zu Gute kommt.

Der neue Motor bringt nun etwas mehr Leistung mit und hat dadurch auch mit etwas größeren Kaffeemengen kein Problem. Ebenso wurden die Umdrehungen pro Minute von 2,5 auf 50 erhöht. Für die richtige und kontinuierliche Durchmischung der Bohnen war dieser Schritt unerlässlich.

Trommeldesign

Der zweite Punkt, welchen wir optimieren wollten, war das Design der Trommel. Ein erster Versuch mit drei einfachen Winkelprofilen aus Aluminium hat leider nicht den Erfolg gebracht, den wir uns erhofft hatten. Wir haben daraufhin unser Problem nochmals analysiert und uns entschieden, die relativ offene Trommel, bedignt durch das Drahtgitter, etwas zu schließen. Dazu haben wir 3mm starke Flachwinkel in kurzen Abständen in die Trommel eingeschraubt. Ebenso besitzt die Trommel eine Winkelprofil, welches wir passend im Form gebogen haben, damit die Bohnen vom Rand in die Mitte der Trommel befördert werden.

Die Entscheidung für diesen Aufbau kommt daher, dass wir festgestellt haben, dass die direkte Strahlung auf die Bohnen durch die Halogenlampe zu stark ist und einzelne Bohnen dadurch zu stark energetisiert werden. Ebenso war die Temperatur in der Trommel nicht sehr stabil und einzig und allein vom Zustand der Lampe abhängig. Wir wollten durch die Flachwinkel in der Trommel auf der einen Seite die Bohnen schützen und ihnen gleichzeitig mehr Kontaktwärme durch die erhitzten Metallstreben geben. Sie halten die Temperatur auch wenn die Lampe gerade nicht leuchtet konstanter. Die ersten Testläufe mit der neuen Trommel verliefen auch sehr gut. Durch die kurzen Abstände und die leichte Erhöhung haben die Flachwinkel ebenso einen positiven Einfluss auf die Durchmischung der Bohnen.

Nach diesen beiden Umbauten sind bereits zwei sehr wichtige Punkte umgesetzt und die Ergebnisse der Röstungen wurden deutlich besser. Allerdings wurde uns dadurch immer deutlicher, dass wir durch die eingeschränkte Sicht auf das Röstgut und die fehlenden Temperatursensoren kaum Kontrolle über den Röstvorgang erhalten. Das große Problem hierbei ist, dass jeder Röstvorgang für sich sehr individuell ist und keiner genau dem anderen gleicht. Das macht eine Generalisierung beinahe unmöglich und die kontinuierliche Überwachung der Temperaturen ist unerlässlich.

Temperatursensoren

Das brachte uns direkt zur Frage, wie man Temperaturfühler in die Mitte der Trommel bekommt. Durch den Aufbau der Heissluftfritteuse ist die einzige Möglichkeit die Achse auf der einen Seite zu ersetzen und durch ein hohles Konstrukt zu ersetzen. Nach einigen passenden Anfragen bei Google konnten wir tatsächlich andere Leute ausfindig machen, die genau dieses Problem schon gelöst hatten. Die nötigen Teile dafür haben im Baumarkt und in einem Druckluftfachhandel kaufen können. Die passenden Sensoren und aktiven Bauteile haben im Internet bezogen. Zum Einsatz kommen Mantel-Thermoelemente von Typ K mit einer länge von 200mm und einem Druchmesser von 1,5mm. Mit diesem sind wir in der Lage, die Temperatur innerhalb der Bohnen zu messen. Ein zweiter Sensor sitzt unterhalb der Trommel, gut geschützt vor der Strahulung, welcher die Temperatur der Umgebungsluft in der Heissluftfritteuse misst.

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Verarbeitung und Speicherung

Jetzt war nur noch die Frage zu klären, wie die Daten der Sensoren verarbeitet werden sollen. Wir haben uns dazu für einen Raspberry PI Mini Computer und passende AD-Wandler zum auslesen der Sensorwerte entschieden. Diese werden dann über eine serielle SPI Schnittstelle an den Raspberry übertragen. Das Prinzip ist einfach und kostengünstig umzusetzen. Passende Produkte findet man überall im Internet. Der riesige Vorteil bei der Verwendung eines Raspberry PIs liegt darin, dass die Software Artisan direkt darauf installiert werden kann und somit die Sensorwerte sofort am Gerät verarbeitet werden können. Der Zugriff auf den Raspberry erfolgt per WLAN über einen passenden VNC Viewer.

Damit waren fast alle Probleme schon behoben und wir waren in Lage richtige Röstprofile über die kostenlose Software Artisan aufzuzeichnen. Das hat uns nochmals geholfen, Probleme zu erkennen und gab uns einen Eindruck, wo wir gerade stehen und was noch dringend erledigt werden muss. Eindeutig zu erkennen war, dass die Röstzeit der Bohnen noch deutlich zu lang war. Wir haben ca. 19 – 23 Minuten für eine Röstung gebraucht und der First-Crack war kaum zu hören. Daraus konnten wir schließen, dass wir zu wenig Energie in die Bohnen bekommen und haben angefangen zu überlegen, wie wir dieses Problem in den Griff bekommen und die Steuerung des Heizelements abändern können.

Steuerung des Heizelements

Die Lösung dazu ist ein Leistungsregler, der zum Test über einen Poti bedient werden kann und später über ein Zusatzgerät über Impulse vom Rapsberry PI erflogen soll. Wir haben dazu also alle nötigen Komponenten bestellt und angefangen die Verdrahtung der Fritteuse grundlegend zu überarbeiten.

HINWEIS: Bitte versucht das nicht einfach zu Hause nachzumachen, wenn ihr nicht die nötige Ahnung davon habt. Das kann euch sehr schnell das Leben kosten!

Aber genug der Warnhinweise, wir wollen euch trotzdem das Ergebnis präsentieren. Wir haben uns entschlossen, die Zusatzgeräte wenn möglich direkt am Gehäuse zu montieren. Der Leistungsregler wurde überhalb der Motors am oberen Teil des Gehäuses verbaut. Das Zusatzgerät zu Steuerung neben dem Motor. Warum? Weil dort jeweils Platz war.

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Nach den ganzen Umbauten am Gerät haben wir nun also unseren ganz persönlichen Kaffeeröster vor uns stehen. Mittlerweile sieht er etwas experimentell aus, aber wer weiß schon, was die Zukunft noch alles bringt und noch ändern oder ergänzen möchten. Auf jeden Fall kann ich sagen, dass wir durch die ganzen Umbauten nun die volle Kontrolle über das Gerät übernommen haben, ohne die gesamten Sicherheitsmechanismen außer Kraft zu setzen. Ebenso haben wir damit den gesamten Röstprozess selbst in der Hand und können diesen auch zuverlässig aufzeichen.

Das war der wohl wichtigste Schritt auf dem Weg zu guten Röstergebnissen, da wir nun die Möglichkeit haben, den Prozess im Detail zu beleuchten und festzustellen, an welchen Stellschrauben wir drehen müssen, um den vollen Geschmack eines Kaffees im Röstprozess zu entfalten. Ebenso ist es die Grundlage, um in die Diskussion mit Fachleuten einzusteigen. Man kann das fertige Ergebnisse bewerten und Fehler im Geschmack direkt aus dem Röstprofil ableiten.

Was es mit den Röstprofilen auf sich hat, dürft ihr gerne in unserem Blogbeitrag über Röstprofile und wichtige Kenngrößen nachlesen. (Der Beitrag folgt Ende November)