Kaffeegenuss mit Drive

Wo Bewegung der Schlüssel zu einer großartigen Tasse Kaffee ist, verlangt die Reproduktion der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Bewegung von Hand, Handgelenk und Ellenbogen eines Menschen ein einzigartiges Roboterdesign.

25. November 2019
Kaffeegenuss mit Drive
Jede Poursteady-Kaffeemaschine bereitet automatisch Filterkaffee zu, der dem Bedarf des Barista entspricht. Das Robotiksystem sorgt für die Formen und Größen der Spiralen, in denen das Wasser eingegossen wird. (Bild: Maxon)

Um in einer Kaffeebar eine Tasse Kaffee in stets gleichbleibender und zuverlässiger Qualität anzubieten, ist häufig viel Zeit für die Schulung des Barista erforderlich. Eine derartig präzise Bewegungssteuerung in Verbindung mit Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit zu erzielen, war die größte Schwierigkeit für den Chefingenieur von Poursteady, Stuart Heys.

Die Idee war, dass die Maschine nur die Schritte automatisch ausführen sollte, die für die Zubereitung eines perfekten Filterkaffees sinnvoll waren. Deshalb sind die Rezepte variabel, abhängig davon, was der Barista in die Maschine eingibt. Hunderte Rezepte können gespeichert und mit einem einzigen Knopfdruck perfekt wiederholt werden. Das Wasser wird exakt abgemessen. Das Robotiksystem sorgt für die Formen und Größen der Spiralen, in denen es eingegossen wird.

Poursteady stellt zwei verschiedene Modelle her: die PS1 für fünf Tassen und die PS1–3c für drei Tassen. Jede Poursteady-Maschine bereitet automatisch Filterkaffee zu, der genau dem Bedarf des Barista entspricht. „Wir wollten ein Werkzeug entwerfen, das ein Barista gern benutzen würde, eines, mit dem er jedes Mal eine perfekte Tasse Kaffee erzielen würde, während er dafür sorgt, dass das Kaffeepulver genau richtig ist und der Kunde gut betreut wird.“ Dazu benötigten Stuart und das Poursteady-Team Komponenten, die nicht nur präzise, sondern auch sehr zuverlässig und langlebig waren. „Unsere Maschinen haben buchstäblich Millionen Tassen Kaffee ohne eine Panne zubereitet.“

Ausgießer beliebig bewegt

Präzise Bewegungen in mehrere Richtungen und ein präzises Timing der einzelnen Schritte werden von der Maschine – unter Verwendung des Technosoft VX Intelligent Drive – für bis zu fünf Tassen gleichzeitig nachverfolgt und ausgeführt. Für jede Tasse ist je nach Programm eine andere Reihenfolge möglich. Jede Kombination von Gießen und Bewegen ist möglich. So kann der Barista nicht nur andere Aufgaben erledigen und dem Kunden in anderer Hinsicht behilflich sein, sondern für den Besitzer der Kaffeebar reduziert sich auch der Schulungsaufwand. Und in dem Café können mehr Tassen Kaffee in kürzerer Zeit zubereitet werden.

Stuart ist Robotikingenieur, er verwendete Komponenten für die industrielle Automatisierung, die für jahrelangen Dauereinsatz ausgelegt und getestet sind. Beide Maschinen nutzen die gleichen Komponenten für die Bewegungssteuerung. Mit zwei Motoren und drei Riemen kann die Maschine den Ausgießer beliebig bewegen.

Das Modell 3c ist etwa 60 Zentimeter lang. Ein Riemen läuft über die gesamte Länge der X-Achse der Kaffeemaschine. Er ist mit einer Getriebe- und Riemenscheibenkonstruktion verbunden, bei der ein zweiter Riemen von der Riemenscheibe zur Motorwelle läuft. Dies alles befindet sich innerhalb des Systemkäfigs. Die Y-Achse ist direkt mit einem Motor verbunden, der außerhalb des Käfigs sitzt und je nach dem in die Einheit programmierten Steuersignal hin und her schwenkt.

Vom Design her ermöglicht es die Kombination der Bewegungen dem Benutzer, die Einheit für jede Art von Bewegungsablauf zu programmieren – einfach hin und her entlang einer Achse oder ein Taumeln entlang einer oder zweier Achsen oder ein kreisförmiges Muster, das sowohl in der Breite als auch in der Form einstellbar ist.

Geringes Drehmoment für die Düse

In den Modellen PS1 und PS1–3c kommen die 30-Watt-Motoren von Maxon EC45 Flat für die X-Achse und EC32 Flat für die Y- oder Kipp-Achse zum Einsatz. Die Motoren sind elektronisch kommutiert, was eine lange Lebensdauer des Motors ermöglicht, da keine mechanischen Bürsten vorhanden sind. In einige Motoren sind Halleffekt-Sensoren eingebaut, die Feedback an die Steuerelektronik geben.

Die Motoren verfügen über eine gute Wärmeabfuhr und eine hohe Überlastbarkeit, so der Hersteller weiter. Sie besitzen ein Edelstahlgehäuse, haben verschiedene Durchmesser und unterschiedliche Wellenlängen. Die Motoren können mit beliebigen, für die jeweilige Anwendung erforderlichen Drehzahlen eingesetzt werden. Die dynamische Belastung durch die Düse, die sich während der Aufgießsequenz ständig in Bewegung befindet, ist gering und erfordert ein geringes Drehmoment. Bei dem Vorgang kommt es vor allem auf Präzision an, und die erreicht Poursteady durch den Einsatz eines geschlossenen Regelkreises.

„Wir sind keine Experten dafür, wie bestimmte Kaffeebars oder Baristas ihren Kaffee zubereiten sollen. Mit der Poursteady-Maschine verfügt der Anwender über Flexibilität“, erklärt Maximilian Babe, derzeit Produktionsleiter bei Poursteady. Ganz gleich, welchen Kaffee, welche Röstung und welchen Filter man bevorzugt, dies lässt sich in einer Rezeptdatei einstellen und speichern. Wenn ein Benutzer feststellt, dass er das richtige Muster auf seinem Gerät nicht erzielen kann, hilft Poursteady ihm dabei, ein benutzerspezifisches Aufgießmuster zu realisieren.

Maxon auf der SPS

Maxon stellt auf der SPS auch den neuen IDX Kompaktantrieb mit integrierter Positioniersteuerung vor. Die leistungsstarken, IP 65-geschützten bürstenlosen Leichstromantriebe haben einen integriertem Frequenzumrichter. Sie liefern ein kontinuierliches Drehmoment von bis zu 0,7 Nm und sind in einer Vielzahl konfigurierbarer Optionen erhältlich.

Die IDX-Antriebe sind so konzipiert, dass sie als Slave-Knoten in einem CANopen oder EtherCAT befohlen und gesteuert werden können. Sie sind vollständig in die Maxon Epos4-Umgebung integriert und verfügen laut Hersteller über eine hervorragende Positionskontrolle und Geschwindigkeitsregelungsmöglichkeiten. Die IDX-Laufwerke wurden speziell für hohe Anforderungen entwickelt, wie zum Beispiel in Robotik, Handhabungsgeräten oder im Sondermaschinenbau.

Die Positioniersteuerungen der Epos4-Reihe gibt es neu auch in einer Micro-Ausführung. Sie wird ebenfalls auf der SPS gezeigt. Die Funktionalitäten sind praktisch identisch zu den weiteren Plattformprodukten geblieben. Dies macht die Epos4 Micro 24/5 zu einerinteressanten Lösung für Robotik Anwendungen mit engen Platzverhältnissen und kostensensitiven Mehrachsapplikationen, so der Hersteller. Vorerst gibt es die Steuerung in der CANopen-Ausführung, die EtherCAT-Variante soll im Frühjahr 2020 folgen.

Maxon auf der SPS: Halle 1, Stand 224

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