Einbau eines PID-Reglers in die Quickmill

Die Quickmill 3035 „Pegaso“ besitzt keinen Kessel. Das Wasser fließt bei der Espresso-Zubereitung durch einen vorher aufgeheizten Thermoblock aus Aluminium, wobei es sich erwärmt. Dabei gibt es zwei Schwachpunkte:

• Wenn das Wasser schnell durch den Thermoblock schießt, hat es wenig Zeit zur Erwärmung und tritt recht kalt aus. Wenn es sehr langsam durch den Thermoblock fließt, erwärmt es sich hingegen nahezu mit der Block-Temperatur aus. Das ist prinzipbedingt und lässt sich nicht verhindern.
• Die Heizung des Thermoblocks wird über einen Bimetall-Schalter ein- und ausgeschaltet. Das ist auch über das Klicken zu hören. Die Temperatur des Thermoblocks schwankt dabei stark um bis zu 20 Grad. Das macht es schwierig, gleichbleibend gute Espressi zu erzeugen. Aber zumindest hier gibt es Abhilfe: den PID-Regler.

Der Name PID ergibt sich aus den drei Bestandteilen des Regler-Ergebnis. Der Proportional-Anteil ergibt sich schlicht durch die Betrachtung des Ist-Zustands: Je heißer die Temperatur, desto weniger wird geheizt. Der Derivativ-Anteil schaut auf den aktuellen Trend: Je stärker die Temperatur steigt, desto mehr wird die Heizung reduziert. Und der Integral-Anteil wertet die Vergangenheit aus: Je länger und stärker die Temperatur unter dem Zielwert liegt, desto mehr wird geheizt. Und jeweils umgekehrt.

Damit der PID-Regler funktioniert, benötigt er einen Temperatursensor sowie die Möglichkeit, die Heizung feiner zu regeln. Den von mir verwendeten Regler Inkbird ITC-100 gibt es im Netz häufig als Set mit Temperaturfühler und Solid State Relais (SSR). Letzteres kann die Heizung sehr oft ein- und ausschalten, macht dabei keine Geräusche und verschleißt nicht.

Außerdem werden einige Kleinteile wie Verbindungsklemmen, Isolierband (nur als Scheuerschutz) und 230V-geeignete Kabel sowie ein Multimeter benötigt. Als Gehäuse habe ich ein 50×50 mm Vierkant-Profil aus Edelstahl verwendet.

Achtung, Umgang mit Netzspannung ist lebensgefährlich. Führt diesen Umbau nur durch, wenn ihr entsprechendes Fachwissen habt. Auch ich habe mir dabei von einem Fachmann auf die Finger schauen lassen. Denkt daran, dass es nicht nur um eure Sicherheit während des Umbaus geht. Ihr wollt sicherlich auch bei der Inbetriebnahme keinen Kurzschluss, Brand oder sonstigen Schaden provozieren.

• Die Schaltseite des SSR wird nach Anleitung mit dem Ausgang des PID-Reglers verbunden.
• An der Leistungsseite des SSR werden die Kabel angeschlossen, die im Ursprungszustand am Bimetall-Schalter im Thermoblock angebracht sind. Davon gibt es zwei: Vom Kippschalter für den Milchschaum ausgehend lässt sich derjenige finden, der für die Regelung der hohen Temperatur zuständig ist. Für diesen Umbau wird dann der andere benötigt..
• Die Stromversorgung des PID-Reglers habe ich vom Hauptschalter abgezweigt, sodass er mit der Maschine eingeschaltet wird.
• Der Temperaturfühler wird ebenfalls nach Anleitung mit dem PID verbunden und dann am, besser im Thermoblock befestigt.

Wichtig: Wenn sich der Fühler vom Thermoblock löst und die „Lufttemperatur“ misst, wird die Heizung immer weiter angesteuert, bis die Schmelzsicherung im Thermoblock auslöst. Eine solide Befestigung ist daher sehr, sehr wichtig.

Ich habe das mit Lochband gelöst. Für einen besseren Wärmeübergang habe ich das Loch im Thermoblock, in dem der Temperaturfühler steckt, vorher mit Wärmeleitpaste aus dem Computerzubehör gefüllt.

Im Bild unten ist der Zusammenbau zu sehen. Das SSR ist von unten gegen das Oberteil des Gehäuses geschraubt. Die Leitungen zum PID-sind mit Isolierband zusammengebunden und nach oben aus dem Gehäuse herausgeführt. Der eine Bimetall-Schalter im Thermoblock ist nicht mehr angeschlossen.

Auf dem Gehäuse „thront“ nun der PID-Regler. Ich habe ihn nach einigen Versuchen auf die folgenden Werte eingestellt (Änderungen gegenüber Werkseinstellungen in Fettschrift):

Damit heizt die Maschine schnell und ohne Überschwinger auf. Die Solltemperatur wird im Leerlauf konstant eingehalten. Und bei Kaffeebezug reagiert die Maschine schnell mit verstärkter Heizung.

Die Parameter sind in der englischsprachigen Bedienungsanleitung etwas missverständlich bezeichnet/übersetzt. P für die P-Verstärkung ist dabei noch recht eindeutig, obwohl die Anleitung von „Differential“ spricht. M50 als „Integral Time“ entspricht im deutschen Sprachraum der Nachstellzeit und somit der Einstellung des I-Anteils. Die „Hysteresis time“ t ist die Vorhaltzeit.

Noch besser wird der Espresso aus der Quickmill übrigens, wenn ihr auch ein Expansionsventil nachrüstet. Hier erfahrt ihr, wie das geht!

Nachtrag: Zwei Bilder zum Sensor. Das M6-Außengewinde ließ sich bei meinem Exemplar demontieren. So passte er in die M4-Bohrung im Thermoblock. Die Fixierung erfolgte dann mit Lochband. Das Bohrung mit dem Sensor darin wurde mit Wärmeleitpaste aus dem Computer-Handel verfüllt.