Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sparsame Röstung dank Fühler in der Kaffeebohne

05.10.2010
PTB entwickelt Verfahren zur Messung der Wärme- und Temperaturleitfähigkeit kleiner Körper und hilft der Industrie, Energie zu sparen.

Kaffee ist noch vor Bier das beliebteste Getränk in Deutschland. Und nicht nur hier. Weltweit wurden 2007 rund 7,7 Millionen Tonnen Kaffee angebaut, getrocknet, geröstet und gehandelt.

Allein zum Trocknen und Rösten wendet die Nahrungsmittelindustrie in Deutschland fast eine Milliarde KWh pro Jahr an Energie auf. Bei den derzeit hohen Energiekosten möchte man möglichst genau wissen, wie lange die Bohnen höchstens trocknen müssen und wann sie frühestens duftend geröstet aus dem Ofen gezogen werden dürfen.

Hierzu müssten indes die thermischen Transporteigenschaften von einzelnen Kaffeebohnen bekannt sein: Wie gut und vor allem wie schnell befördern sie die angebotene Wärme in ihr Inneres, wie schnell tritt hierbei die Feuchte aus? Um die Industrie beim sparsamen Umgang mit Energie zu unterstützen, hat sich die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) des Messproblems kleiner Probekörper erfolgreich angenommen. Das neuartige Verfahren bestimmt die beiden Transporteigenschaften Wärmeleitfähigkeit und Temperaturleitfähigkeit auch einer einzelnen Kaffeebohne präzise und schnell.

Eine einzelne Bohne zu messen war bisher unmöglich. Stattdessen wird gepresstes Kaffeemehl untersucht, was leider nur grobe Schätzwerte für die strukturabhängigen Eigenschaften von Bohnen liefern kann. Nicht nur für die Kaffeebohne gilt „zu klein zum Messen“, sondern auch für zahlreiche andere Lebens- und Genussmittel, wie beispielsweise Nüsse.

Das neue Verfahren aus der PTB löst das Problem. Als Sensor genügt ein handelsüblicher Folien-Temperaturfühler, der bei einer Dicke von 50 µm eine Messfläche von lediglich 3,1 mm x 3,0 mm aufweist. Zur Analyse wird er zwischen die beiden Hälften einer Bohne eingelegt, und bereits zwei bis drei Minuten später liegt das Ergebnis vor. Da die Wärmeleitfähigkeit einer Bohne noch wesentlich von ihrer Feuchte abhängt, lässt sich auch diese Eigenschaft ermitteln. Der Fühler verträgt Temperaturen bis zu 180 ºC. Das befähigt ihn, selbst während des Trocknungs- oder Röstvorgangs laufend aktuelle Werte für die genannten Transportgrößen zu messen. Damit stehen die energierelevanten Parameter beider Verarbeitungsschritte jederzeit zur Regelung und Optimierung des gesamten Prozesses zur Verfügung.

Das neue Verfahren ist in der Lage, innerhalb von wenigen Minuten mit einer einzigen Messung auch an einer Probe von nur etwa 100 mm3 Volumen deren Wärmeleitfähigkeit und, falls erforderlich, auch deren Feuchtegehalt zu bestimmen, außerdem die Temperaturleitfähigkeit und volumetrische spezifische Wärme. Bereits ein handelsüblicher Sensor genügt für derartige Messungen, die dann bei Temperaturen zwischen -50 ºC und 180 ºC erfolgen können.

Doch woher weiß man nun, dass die neue Methode richtig misst, wenn es weltweit kein Vergleichsverfahren gibt? Zum einen wurde das PTB-Verfahren an bekannten Referenzmaterialien erfolgreich überprüft, zum anderen gilt folgender Zusammenhang: Der Quotient von Wärmeleitfähigkeit und Temperaturleitfähigkeit ist gleich dem Produkt aus spezifischer Wärmekapazität und Dichte. Im Gegensatz zu den beiden genannten Transportparametern verändert die spezifische Wärme der Bohne auch durch Mahlen nicht ihren Wert. Mithin ist diese Stoffeigenschaft von Messungen an Kaffeemehl zuverlässig bekannt. Für einen direkten Vergleich benötigt man indes noch die Dichte der untersuchten Bohne. Für die Wissenschaftler der PTB war auch diese Analyse kein größeres Problem. Das Archimedische Prinzip nutzend, wurde ein Experiment aufgebaut, das den benötigten Wert mit sehr guter Genauigkeit rasch geliefert hat.

ptb/if

Ansprechpartner:
Dr. Ulf Hammerschmidt, Arbeitsgruppe 1.74 Wärmeleitung Fachgebiet Wärmetransport, Tel.: (0531) 592-3211, E-Mail: ulf.hammerschmidt@ptb.de
Imke Frischmuth
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
Bundesallee 100
38116 Braunschweig
Tel. 0531-592-9323
Fax 0531-592-3008
E-Mail: imke.frischmuth@ptb.de

Imke Frischmuth | idw
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht UV-Kugel macht Lackieren einfach und schnell
16.03.2018 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Vorzüge von 3D-Druck und Spritzguss kombiniert
16.03.2018 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich in erster klinischer Studie untersucht

25.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Erkheimer Ökohaus-Pionier eröffnet neues Musterhaus „Heimat 4.0“

25.04.2018 | Architektur Bauwesen

Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

25.04.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics