Elektronik Open Source Platine & Software für die Cafe Prima, Unterstützung erbeten

[Shlum]

Mechanikkenntnisse vorhanden

umfassende Kenntnisse vorhanden

Messgerät vorhanden

ja

Genaue Bezeichnung der Maschine

Saeco Cafe Prima

Nachdem meine gute alte Cafe Prima nach gefühlten 20 Jahren vor einem Monat komplett den Geist aufgegeben hat, hatte ich mich eigentlich damit abgefunden, das gute Stück zu verschrotten und mir ein neues Gerät zu kaufen. Die Qual der Wahl für eine neue Maschine hat mich dann allerdings so sehr frustriert, dass ich eine alte Projektidee wieder ausgegraben habe:

„Open Source Hardware & Software für die Cafe Prima“ auf Basis eines ATmega32.

Nun ist die Maschine mit neuer Platine (die alte war eine M5AV1-13A) und neuer Software wieder zusammengebaut und tut so halbwegs, was man von ihr erwartet. Sie produziert Espresso.

Für das Fine Tuning benötige ich aber noch etwas Hilfe, da ich mich nicht im Detail an die Abläufe des Originalsystems erinnern kann.

-Bewegung des Getriebemotors: Könnte mir jemand ein kurzes Video (mit Ton) der Zubereitung einer / zweier Tassen mit offener Tür zur Verfügung stellen, auf dem man die genaue Bewegung des Getriebemotors erkennen kann? (Dem Türschalter dafür bitte mit einem Stück Pappe eine geschlossene Tür vorgaukeln)

Ich erinnere mich, dass die Pumpe beim Brühen kurz angeht, dann eine Pause von 1-2 Sek., dann erst das eigentliche Brühen. Das mache ich jetzt auch so, habe den Sinn davon aber noch nicht verstanden. Vielleich könnte das Video hier etwas Klarheit bringen.

-Zwei Tassen: Wie ist der genaue Ablauf, wenn man 2 Tassen zubereitet (2x Knopf drücken)? Wird gleich 2x gemahlen, oder werden die Tassen komplett einzeln nacheinander zubereitet?

-Brühtemperatur: Natürlich hat die neue Platine eine Serielle Schnittstelle und liefert alle möglichen Daten über USB. Dabei fällt auf, dass beim Brühen die Temperatur trotz voller Heizleistung nicht gehalten werden kann. Sie sinkt beim Befüllen einer Tasse von 95°C auf 70°C, das Befüllen dauert dabei etwa 15 Sek, Flow Meter gibt ca. 300 Pulse, das sind etwa 100ml.

Lt. https://rechneronline.de/chemie-rechner/waermekapazitaet.php braucht man 2,1kW um in 15 Sek. 100ml um 75K zu erwärmen. Hat jemand eine Möglichkeit zu messen, wieviel Leistung seine Maschine beim Brühen zieht?

-Schwimmer: Ich fand es schon immer nervig, dass ich erst durch die leerlaufende Pumpe ans Wassernachfüllen erinnert wurde. Darum habe ich jetzt 2 Magnetschalter im Gehäuse vorgesehen. Der Wassertank hat schon eine Einrichtung, vermutlich zur Aufnahme eines Schwimmers. Ein erster selbstgebauter Schwimmer klebt aber immer wieder an der Tank Wand und funktioniert daher nicht richtig. Kann mir dazu jemand weiterhelfen? Könnte so ein Schwimmer https://www.ebay.de/itm/131638707521 in der Cafe Prima funktionieren?



Vielen Dank schon mal im Voraus für euer Interesse und eure Hilfe.

Den allerbesten Dank auch an WolleP, ohne seinen Schaltplan hätte ich das Projekt nicht begonnen. Und natürlich, wenn das gewünscht ist, stelle ich alle nötigen Infos zum Nachbauen oder Mitmachen hier ein.



VG

Shlum

 

[Shlum]

Wen es interessiert, hier die wesentlichen Unterschiede zur Originalplatine:

-vollständige galvanische Trennung zw. 230V~ und 5V= Teilsystem

-ATmega32 statt original 4Bit Prozessor

-verbesserte Temperaturmessung durch Messung der Spannungsdifferenz in der Messbrücke bei 10x Verstärkung

-Serielle Schnittstelle für Monitoring, Fremdsteuerung über Kommandos und Softwareupdate über Bootloader

-ISP Schnittstelle für Programmiergerät (bzw. 3 zusätzliche falls Programmierung über Seriell)

-JTAG Anschluss für Debugging (JTAG ist aber standardmäßig aus, um die IOs nutzen zu können)

-reichlich Makeup für die alte Dame in Form von RGB-LEDS (akt. Nur 2 Farben genutzt)

-geänderte Bedienung: der rechte Knopf hat jetzt die 2 Tassen Funktion, Dampf gibt’s durch kurzes Auf-Zu-Drehen des Dampfventils

-durch die farbigen LEDs ist das Gerät deutlich mitteilsamer als früher



Was ist geblieben:

-Alles, außer der Platine ist original, nach der langen Zeit war alles noch in einem Superzustand.

-Auf der Platine: leider ist mir für die 33V Spannungsbegrenzung mittels TIP33A und Zenerdiode nichts eingefallen, was mit vertretbarem Aufwand zum Ziel geführt hätte. Eine Simulation der Teilschaltung ergibt, dass der Transistor mit durchschn. 7W belastet ist (der schneidet ‚nur‘ Spitzen jeder 2. Halbwelle weg). Die Zenerdiode wird aber je nach Gleichstromverstärkung des Transistors bis an ihre Leistungsgrenze (33mA, 33V) getrieben.

-Es musste also auch wieder eine Nulldurchgangserkennung der Netzspannung her. Die Lösung mit dem Opto-Koppler U205 funktioniert bestens.

-Den Sinn des 4,7Ohm 9W Widerstands in Reihe zu den Entstör-Drosseln habe ich nicht verstanden, also alles so gelassen.



Wie geht’s weiter:

Die Maschine funktioniert mit der handgeätzten Platine gut. Wenn ich mit eurer Hilfe die letzten kleinen Fragen gelöst bekomme, bin ich vermutlich zufrieden.

Falls es Interesse am Projekt gibt, könne ich mir vorstellen, das Platinen Layout noch einmal anzupassen und für Leute, die genauso verrückt sind wie ich, zur Verfügung zu stellen.
Hier ein paar Impressionen ...
Soll:

und ist:

 

[Majolika]

hallo

sehr gute arbeit,

1.pumpe,
das die pumpe eine kurze pause macht ist des vorbrühen,( extraktionsphasen ) kaffee-pulver wird kurz angefeuchtet.

2.zwei tasse,
tassen werden nacheinander zubereitet,einmal drücken 1x mahlen,ein kaffee.

3.brühtemperatur,
dies sollte nicht zu hoch sein ca. von 86 bis 96°C.
evtl.kaffee-tasse vorwärmen.

4.schwimmer,
ja das ist der schwimmer magnet,ist auch bei maschinen mit display (Cafe Nova).

und siehe anhang,

 

[Shlum]

Cool, danke für die schnelle Antwort!

 

[Grisu]

Eventuell noch von Bedeutung, weiß aber nicht ob das bei deiner Type auch zutrifft: Bei Incantos ist Brühen die obere Endlage der BG (erkannt durch Endlagenschalter), jedoch die Grundstellung (wo die BG rausgeht) ist NICHT wie man vermuten könnte die untere Endlage sondern ein Stück darüber (ca. 0,5-1s Fahrt).

 

[Prinz]

http://www.zgk-konstanz.de/wordpress/Technikerarbeiten/Kaffeemaschine_Heni.pdf

Das haben schon andere gemacht hier nur ein Bsp.

 

[Shlum]

@Grisu: danke für den Hinweis. Ich fahre bisher 100ms aus der Endlage zurück. Werde die Zeit etwas erhöhen und prüfen, ob sich die BG dann besser entnehmen lässt.


@Prinz: ebenfalls danke für den Hinweis. Christoph hat sich scheinbar sehr intensiv mit dem Thema beschäftigt und wirklich eine tolle Arbeit abgeliefert. Seine Leiterplatte ist auch viel besser gemacht als mein Prototyp.
Vielleicht finde ich in der Arbeit auch noch ein paar Antworten auf meine noch offenen Fragen.

Ich hatte bei meinen Recherchen im Vorfeld leider nix dergleichen gefunden. Hast du noch weitere Links zu derartigen Arbeiten?

 

[uhrmacher]

Mein Vorschlag: Schaltnetzteil 24 V einbauen, daraus dann auch das Getriebe versorgen. (So ist es immer bei den Neuen) 1,2 A 24V genügen. Zur Tenp. Die Pumpe läuft nie 100%, bei der Zubereitung, muss mit Phasenanschnitt runter geregelt werden.

 

[Shlum]

Danke Uhrmacher.
Mein erster Ansatz für den Getriebemotor war eine H-Bridge und 24V Netzteil, ähnlich wie bei
http://www.zgk-konstanz.de/wordpress/Technikerarbeiten/Kaffeemaschine_Heni.pdf. Das hab ich dann aus Platzgründen aber erstmal verworfen. Die Originallösung mit dem TIP33 ist zwar nicht schön, aber an techn. Aufwand kaum zu unterbieten.
Zur Pumpe:
Die Pumpe zieht ja bei einer Halbwelle an und fällt durch die eingebaute Diode bei der anderen Halbwelle wieder ab. Bei angeschnittener Phase erreicht die Pumpe doch sicherlich ihren Nenndruck nicht mehr, oder? Wieviel Druck braucht man für einen ordentlichen Espresso?

 

[Grisu]

Es wird immer stoßweise gepumpt dabei, so in der Art 100ms an, dann wieder je nach Verhältnis aus.
Und das Verhältnis wird vom Programm vorgegeben je Anwendungsfall, damit die Temperatur paßt.
Beim Dampf also immer nur kurz stoßweise und dann längere Pause, beim Kaffee eher so 1:1, bei vollem Durchfluß würde er trotz Vollheizung nicht die nötige Temp. bekommen.

So zumindest was ich diesbezügl. gelesen hab dazu, ohne je irgendwas zu messen was sicher vorher sinnvoll wäre um es ganz zu verstehn was die da wann genau machen.

 

[uhrmacher]

Ich denke am besten kommt man darauf mal die Flowmeter pro Sekunde zu messen wenn zu 100 Prozent die Pumpe angesteuert wird und dann mal bei einer Serienmaschine.

 

[Shlum]

Super, danke.
Bin jetzt für eine Woche unterwegs. Werde dann berichtre, was bei meinen Versuchen rausgekommen ist.

 

[Shlum]

Bei dauerhaftem einschalten der Pumpe werden 200ml in ca. 20 Sek. gefördert. Die Temperatur fällt dabei trotz voller Heizleistung von anfänglich 94°C auf ca. 70°C ab.

Habe 2 Varianten zum Reduzieren der Pumpleistung auf ca. 50% ausprobiert. Das Fördern der 200ml dauert dann jeweils reichlich 40 Sek., Temperatur schwankt bei voller Heizung zw. 94°C und 87°C.

Ich denke, das ist ok.

Variante A Vollwelle: Pumpe wird jede 2. Periode angesteuert, d.h, pos. Halbwelle, Magnet zieht an, negative Halbwelle, Magnet fällt ab. Dann bleibt die Pumpe eine komplette Periode aus.

Variante B Phasenanschnitt: in jeder pos. Halbwelle wird die Phase um 4ms angeschnitten.

Leider verträgt das Flowmeter die Var. A nicht gut, es liefert fast doppelt so viele Pulse wie in Var. B oder bei Vollansteuerung.

Ob durch die Phasenanschnitt Steuerung der Var. B nennenswert Störungen erzeugt werden, hab ich noch nicht untersucht.

Ich werde erstmal mit der Var. B weitermachen.

Es wäre schön, wenn hier jemand posten könnte, wie lange die 200ml bei einem Seriengerät dauern.

 

[uhrmacher]

Wenn Du ganz pfiffig bis regelst Du die Temperatur mit Hilfe der Zeit mit welcher Du jede Phase anschneidest. Und für Espresso verringerst Du noch weiter damit er lange genug brüht.