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So far, energy consumption has not been an important criterion when choosing an espresso machine. However, the public perception of the topic of "energy" has been changing for some time due to the climate debate, so it made sense for us to think in this direction in the second half of 2019. In addition, over the years we have built up a stable production of the Xenia, which allows us to research the implementation of interesting and sustainable ideas. With all the possibilities and knowledge that we have acquired about the production of espresso machines, we want to set about building a machine with two boilers and an exposed brew group that is very energy-efficient in every respect.

However, energy savings alone would probably not be enough to bring a machine into production and successfully onto the market, because the costs will not be insignificant. And so it is planned that this machine will have a number of features that are associated with high-end machines these days. This includes access via WLAN and the option of individually adjusting reference parameters such as boiler pressure and temperature.
There are also some practical additional solutions that can be implemented more easily in a completely new design.

You are welcome to follow the current development status:Kaffeenetz-Thread 303

 

Energy Saving

It can be assumed that with an espresso machine a lot of energy is lost via the brewing group. Exposed brewing groups are very popular with buyers, but lose even more energy than the groups of so-called balcony machines - which, however, are not widely accepted in the home for design reasons.

For this reason, we opted for an exposed brew group for this machine. However, we are also sure that even with exposed brew groups, it is possible to contain the release of heat into the environment very effectively. The construction is therefore quite different from the usual. Usually, brew groups are a solid component made of (mostly) brass. The new brew group of the 303, on the other hand, has a multi-part construction: on the outside there is a shell, underneath there is an insulating layer and on the inside there is a core: this is then the actual group and is to be made of copper. Stainless steel would be possible, but we rejected it because the comparatively low thermal conductivity of stainless steel is rather counterproductive for espresso machines.

What you see as a brew group is a type of hood that installs separately from the actual group (the core) and has an insulating layer towards the core.

 

The core is screwed into the horizontal operating unit via 4 screws and brought into the correct position via spacers.

A positive side effect of this solution: the cover does not get as warm as a conventional exposed group and is also a good protection against contact for children and curious visitors.

The group is heated by 2 heating cartridges that extend almost over the entire length, and these heating cartridges must be precisely regulated by the control unit (in the manner of a PID controller with power regulator).

The second major source of energy loss is boilers.

Thus, in this machine, the two boilers are completely sheathed (on the sides at the top and bottom), which effectively prevents heat loss. The insulation is only interrupted in a few places for supply and discharge lines. The construction can be seen in the picture on the right.

We are currently planning a large boiler for steam and a smaller boiler for brewing. The brewing boiler is equipped with a special heating system that makes it possible to heat the incoming cold water inside the heating system before it enters the boiler. This way we increase the temperature consistency.

 

Each boiler is installed on a support that is also insulated towards the boiler to avoid thermal bridges as much as possible.

Ideally, this would be based on the principle of thermos flasks, but that would be too complicated for the application. We are talking about a so-called aerogel as a very good alternative.

This describes how the core idea of saving energy is essentially implemented—apart from details (such as insulating pipes that carry hot water).

Eine Anmerkung zu den 2 Kesseln: Wir sehen ‚Dualboiler‘ für den Heimgebrauch als überqualifiziert an, jedoch erscheint der Einsatz von 2 Boilern(mit unterschieldicher Größe) unter der Überschrift ‚Energieeinsparung‘ als sinnvoller. Das wird im Folgenden genauer ausgeführt.

Heating Time

The heating time is always an important issue. Since the boiler and brew group are separate and controlled separately, it should once again be possible to reduce the heating time compared to the Xenia. In any case, this relatively large machine (approx. 38 cm wide, 37 cm deep and 31 cm high) must be ready for use noticeably under 10 minutes.

Besides the main switch, there are two separate on/off switches for the boilers. If you do not need steam, you can do without heating the steam boiler.

The 2nd switch can also be used to leave the brew boiler off. The idea (still to be tested) is: The control unit notices this and does not route the cold water via the brew boiler, but via a copper pipe heated from the outside, which takes over the preheating. The control unit then ensures that the group is prepared accordingly to brew a decent espresso in the fastest mode all the same.

Drip tray

Ideally, the free space under the machine should be used for the waste water by placing a larger tray there to collect the water. This leaves the space in front of the machine largely free.

However, as the waste water originates directly under the brew group, a smaller drip tray is installed at the front to drain the water into the large tray under the machine. This drip tray is pluggable so that you can practically vary the distance to the brew group depending on the cup height.

The drain is then integrated into the centre front panel and the waste water is led into the tank through a hole in the bottom. The picture on the right shows the drain inside the machine.

The water level in the tray under the machine is monitored by a sensor so that a warning is given both visually in the display and acoustically before the hidden tray overflows.

Steam and Water Valve

One advantage of the two-part waste water solution is that a lot of space is left free on the right and left for drawing water and steam. Since the operation of the valve is moved to the outside, the steam and water pipes can be installed high up on the machine and have an appropriate length.

This means that large milk cans can also be used.

The valves themselves are accordingly relocated to the inside and are operated from the outside via a lever (with an eccentric on the inside), as explained earlier.

This solution is more complicated than installing the prefabricated valves at the front. But in return it has some advantages in operation.

Water supply

As described above, the dripping water is drained into a collection tray under the machine.

However, if the water is to be discharged directly into the drain, the drip tray can be removed and a simple spout can be installed in the drain of the front part that allows to drain the waste water through a hose.

The machine can be connected to the domestic water supply to draw fresh water—even if you still want to use the drip tray to collect water (if the drain is too far away). For this purpose, there is a recess in the rear of the machine with a 1/8 connection.

In addition, the machine has a tank slide that can be removed from both sides, which has proven very successful with the Xenia. Possibly this will also become an option again, so that machines that draw their drinking water exclusively directly from the water supply are also possible.

Electronics/ Control

Since the device housing offers a lot of space, a lot can be accommodated there.

The control unit is easily accessible at the front left and behind it is an L-shaped plate that can accommodate several relays or power controllers.

The control unit is that of the Xenia with a power controller for heaters and pump and WLAN chip. This means that it is open to us to incorporate many features into the machine - even subsequently in the form of updates.

 

Pump

As the housing on the right also has plenty of free space, a rotary pump can be installed here.

Unserer Meinung nach ist eine Vibrationspumpe aus verschiedenen Gründen für den Gebrauch im Haushalt geeigneter. Da wir viel Platz für die Vibrationspumpe gelassen haben, nutzen wir den Raum zur Geräuschdämpfung.

Ein leiser Betrieb ist sehr wichtig und so haben wir eine Pumpe gewählt, die leiser als die üblichen Modelle arbeitet und eine reduzierte Leistungsaufnahme (35 Watt statt 48 Watt) hat. Die Pumpe wird eingekapselt verbaut und dieses Gehäuse steht auf schwingungsreduzierenden Dämpfern.

Material

Das Bedienpanel, das mittlere Frontteil mit der Ableitung des Abwassers in die Wanne unter der Maschine und die Seitenteile werden aus Aluminium gefräst und sollen eloxiert werden. Das gilt auch für die äußere Hülle der Brühgruppe, während der Kern — wie oben schon beschrieben — aus reinem Kupfer gefertigt wird.

Die Deckplatte und die beiden Bleche links und rechts des Mittelteils werden aus (spiegelndem) Edelstahl gefertigt. Die Bodenplatte, der große Bügel im hinteren Bereich der Maschine und der eigentliche Tankschlitten werden aus Edelstahl hergestellt.

Es gibt noch einige wenige Messingteile. Ansonsten werden wir auf bewährte Materialien der Xenia (wie PFA) zurückgreifen.

Wir denken, dass die Klimadiskussion klar zeigt, dass es schon weit nach 12 ist und das Problem wohl sicher nicht mehr richtig aufzuhalten ist. Es ist nicht nur zu spät, es gibt auch zu viele Interessen im bisherigen Stil weiterzumachen: Das ist so auf höchster politischer Ebene und geht ‚runter‘ bis zur eigenen Bequemlichkeit.

Trotzdem kann man versuchen der Herausforderung Rechnung zu tragen und seinen Teil zu leisten. Wir alle verschließen sicher nicht die Augen vor der Tatsache, dass eine Espressomaschine eher ein Energievernichter ist. Deswegen starten wir dieses Projekt — quasi auch zur Erkundung von Möglichkeiten. Es ist gut denkbar, dass dieses Projekt Hinweise gibt, was man auch bei der Xenia in dieser Richtung unternehmen kann und was sinnlos ist. Denn die Xenia wird wohl unser zentrales Produkt bleiben. Ein Entwurf, der sich an nichts Vorhandenes halten muss, ist für so eine Ermittlung gut geeignet, weil man nichts ausschließen muss.

Es ist aber auch gut denkbar, dass diese Maschine die Zukunft vorwegnimmt und nach und nach ein relevanteres Produkt wird, als wir uns heute vorstellen können.

In jedem Fall ist es eine sehr interessante Entwicklungsaufgabe, denn es erscheint uns wenig erstrebenswert sich irgendeine weitere Stellschraube für die Espressozubereitung auszudenken oder bereits Bekanntes einfach nur nachzuvollziehen und dann zu erwarten, dass sich neue Geschmacksdimensionen auftun werden. Dafür lohnt Geld und Zeit in unseren Augen nicht und dafür gibt es auch schon genug Maschinen. Es lohnt jedoch an der Stelle anzusetzen, die bislang als ‚das ist halt so‘ angesehen wurde: Energieverbrauch.

Trotz dieses speziellen Schwerpunktes wird die Maschine technisch interessant sein und wird — so wie die Xenia — durch eine gute Fertigungsqualität überzeugen. Das Design ist sicher gänzlich anders, aber auch nicht so anders, dass es unvorstellbar wird, die Maschine in eine Küche zu stellen.

Die Maschine ist konstruiert und Mitte Juni 2022 wird der finale Prototyp gebaut. Die erste Modelle werden in näherer Zukunft hergestellt werden und der Preis wird bei 4100 Euro liegen.

Im 2. Schritt wird man dann versuchen, die Produktion der Maschine und deren Betrieb klimaneutral zu gestalten. Dazu werden wir ermitteln, was bei der Erstellung von Teilen an Klimaschäden entstehen und könnte das zum Beispiel über Baumanpflanzungen kompensieren. Da gibt es mittlerweile einige Möglichkeiten und es werden sicher mehr werden.

Mit zu diesem Thema gehört sicher auch die Produktion der Teile in der räumlichen Nähe und die Vermeidung von Lieferungen aus China oder Indien mit den klimaschädlich langen Transportwegen und den meist für uns Europäer unakzeptablen Arbeitsbedingungen. Das wird nicht ganz einfach, denn zum Teil ist es nicht mehr erkennbar, woher was kommt und einige Teile werden scheinbar vorwiegend nur noch in China hergestellt.

 

 

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