Electronisch geregeld roerwerk

Electronisch geregeld roerwerk 

Roeren van het beslag dient om de homogeniteit van het beslag te verhogen met als gevolg een betere enzymwerking en een hoger brouwzaalrendement. Primair roeren we om de temperatuurverhoging gelijkmatiger door het beslag te verdelen en caramelisatie, of nog erger verbranding, van het beslag tegen te gaan. Daarnaast roeren we om een gelijkmatigere samenstelling van het beslag te verkrijgen. Van oudsher wordt er met een roerstok geroerd. Roerstokken hebben niet voor niets die karakteristieke vorm. Net als bij het plastic roerstokje voor koffie en thee zijn de openingen bedoeld om wervelingen in de te roeren substantie aan te brengen waardoor het mengeffect verhoogt wordt. Het hanteren van de roerstok is een ambachtelijke en dus arbeidintensieve bezigheid waardoor je op die momenten geen tijd hebt voor andere zaken zoals bijvoorbeeld schoonmaken of logboek bijwerken of….nou ja verzin het maar. Je kunt dit ambachtelijke, maar mijns inziens eentonige en weinig verheffende, werk eenvoudig uitbesteden aan bijvoorbeeld je partner of je buurman. De ervaring leert echter dat die hiertoe niet altijd even bereid zijn, dus…. uitbesteden aan een gemechaniseerd roerwerkje ligt dan het meest voor de hand.

Inleiding

We hopen met dit artikel een serie te starten over dit onderwerp, want er zijn ten slotte meerdere wegen die naar Rome leiden. Daarvoor is echter jullie medewerking vereist om eens je eigen roerwerkje te beschrijven. Roerwerken zijn er in verschillende vormen, maten en uitvoeringen. In dit artikel beschrijven we een zogeheten “hekroerwerk” en de bijbehorende electronische besturing dat ik in het kader van het Saens Brouwers Gilde ontworpen heb. Waarvoor een electronische besturing vraag je je waarschijnlijk af. Wel, als je een hekroerwerk continu dezelfde kant laat opdraaien zal op een gegeven moment het gehele beslag meedraaien en is er van roeren nauwelijks sprake. Dus van tijd tot tijd moet de zaak even de andere kant opdraaien. Dat kan m.i. op twee manieren: mechanisch en electronisch. Nou zijn mechanische konstrukties meestal erg lastig te bouwen, je hebt er speciaal gereedschap voor nodig en als het een beetje smerig wordt, inderdaad een wort er over gemorst, is het nog lastig schoonmaken ook. Gezien mijn arbeidsverleden heb ik wat electronica in elkaar geknutseld dat in dit artikel uitgebreid beschreven staat. Het volgende probleem betrof het motortje. Eerst maar eens even de selectiecriteria op een rijtje gezet. Het motortje moest m.i. veilig zijn (laagspanning), krachtig (ik maak wel eens een dik beslag), regelbare snelheid (tijdens inmaischen sneller draaiene dan bijvoorbeeld gedurende de rustfases) en last but not least niet duur. De oplossing hiervoor bleek een ruitenwissermotor van een auto. Deze zijn 12 Volt (dus veilig), heeft een wormwieloverbrenging (dus krachtig), met wat electronica eenvoudig regelbaar te maken en 2e hands of van de sloop, dus goedkoop.

Hekroerwerk

Het hekroerwerk, zoals afgebeeld, bestaat uit een drijfstang die aan de onderkant voorzien is van een nylon busje en, via een in de bodem van de ketel aangebracht pen, wordt gecentreerd. Aan de bovenkant wordt deze gecentreerd en geleid door een nylon bus die is aangebracht in een brug die boven op de maischketel wordt bevestigd. De aandrijfmotor wordt ook op deze brug bevestigd (zie tekening). Het roerwerk is aan een buis bevestigd die over de drijfstang heen schuift. Door middel van een pen in de drijfstang en een sleuf in de buis wordt het roerwerk door de drijfstang meegenomen. Het onderste blad van het roerwerk heeft de vorm van een schoep en draait de ene kant op met een scheppende beweging vlak boven de bodem van de ketel. Als het roerwerk de andere kant opdraait zou door de schoepvorm tussen het blad en en bodem het beslag klem kunnen komen te zitten. Hiervoor is het roerwerk vertikaal als het ware losgekoppeld van de drijfstang en kan door de opwaartse druk omhoog komen. De vorm en plaatsing van de overige bladen zijn wel belangrijk maar in dit kader niet zo interessant zolang zij maar een goede mengende werking hebben. Het mooiste is verschillende plaatjes, voorzien van gaten, die onder een hoek op het hek van het roerwerk zijn aangebracht.
Via een op het aandrijfasje van de motor aangebrachte bus, waarin radiaal een pen is bevestigd, en een gleuf aan de bovenkant van de aandrijfas, wordt de motor op de aandrijfas gekoppeld. Hoe de motor op de brug wordt gemonteerd hangt weer van type en merk motortje af. Meestal biedt het wormwielkastje voldoende bevestigingspunten. Tot zover het mechanische deel. De foto en tekeningetjes zeggen hopenlijk genoeg.

Regelbare voeding

De roerwerk besturingselectronica bestaat in feite uit twee delen: een regelbare (gelijkspannings)voeding en een omkeerschakeling. De voedingsbron van dit alles moet een 12 of 15Volts transformator zijn die in staat is de voor het motortje benodigde stroom te leveren. Aan de transformator worden geen hoge eisen gesteld zodat dit een goedkope uitvoering kan zijn, bijvoorbeeld van een hallogeen verlichting. Uit metingen blijkt dat de opgenomen stroom van het motortje tussen de 1 en 2 Ampere ligt, afhankelijk van merk en type motor en in de praktijk de zwaarte van de belasting. Ik hou van een beetje overdimensioneren dus: 4 Ampere, en dat geldt dus ook voor de brugelijkrichter (BR1). De regelbare voeding is gebouwd rondom een speciaal hiervoor ontwikkeld IC (Integrated Circuit): de 723. Door toevoeging van enkele externe componenten is op eenvoudige wijze een gestabiliseerde regelbare voeding te maken. Nou is dat “gestabiliseerde” in ons geval niet zo van belang. Wat wel mooi is meegenomen is de mogelijkheid van een ingebouwde electronische kostsluitbeveiliging. Met behulp van een weerstand (0,15W) in het stroomcircuit begint deze kostsluitbeveiliging bij zo’n 3A in werking te treden en bij 4A wordt de voeding geheel dichtgekepen. Met behulp van potmeter P1 kan de spanning continu gevarieerd worden en met het instelpotmetertje P2 wordt de minimum spanning ingesteld. Dit is bijvoorbeeld het toerental gedurende rustpauzes van het maischproces. Ook dit is weer afhanklijk van type en merk motor, maar kan ook afhankelijk zijn van de aansluiting. Vaak hebben dit soort motortjes een langzame en een snelle aansluiting, dus enig experimenteerwerk kan noodzakelijk zijn. Hoewel de 723 zelf aardig wat stroom kan leveren is voor de aansturing van de motor een extern werkpaard nodig: een 2N3055. Deze zogeheten “power transistor” dient (m.b.v. o.a. een micaplaatje) geïsoleerd op een flink koellichaam gemonteerd te worden. Vooral bij een laag toerental en een flinke balasting moet deze jongen nogal wat energie in de vorm van warmte kwijt. Stel we hebben na gelijkrichting en afvlakking door de buffercondensator C1 een spanning van ca. 15V. Met een minimum draaispanning van 5V blijft er dus 10V over die “weggewerkt” moet worden. Bij een belasting waarbij het motortje 2A vraagt, moet ons paardje dus 2Ax10V=20Watt kwijt!!. Behalve de motor moet ook ons chipje zelf en het omkeer schakelingetje gevoed worden. Dit gebeurt met een spanningsaftakking m.b.v. een D1 en een extra buffercondensator (C2).

Gelijkspanningsmotortjes hebben nogal eens de eigenschap als dynamo te fungeren als de spanning wordt uitgeschakeld. Deze, wat men noemt, EMK (electro motorische kracht) van zelfinductie is negatief en kan schadelijk zijn voor de voeding (zoals ik tot schade en schande heb ondervonden). Met behulp van diode D2 wordt deze zelfinductiepiek kortgeloten. Deze regelbare voeding is universeel en kan ook bij bijvoorbeeld andersoortige roerwerken, zonder omkeer schakeling, zeer goed dienst doen.

Omkeer schakeling

Voor het omkeren van de draairichting van een (gelijkstroom) motor moeten de spanningspolen plus en min omgedraaid worden. Met behulp van een relais is dit eenvoudig te realiseren. Daarbij is het wenselijk, om beschadiging aan de motor te voorkomen, alvorens de spanning om te draaien deze kortstondig te onderbreken.

De omkeer schakeling is opgebouwd rond twee zogeheten timers van het type 555. Eén timer staat als a-stabile multivibrator ingesteld Dit betekent dat de uitgangsspanning continu varieert in de vorm van een blokgolf waarbij de lengte en de verhouding van de golf afhankelijk is van een condensator (C1) en een weerstandsnetwerkje (R1, P1 en R2). De uitgang van deze timer stuurt via een transistor (om de uitgangstrap van de timer  niet te zwaar te belasten) een dubbelpolig relais aan waarmee de spanning voor de motor wordt omgepoold. De tweede timer staat als zogeheten mono-stabile multivibrator ingesteld. Dat wil zeggen dat de uitgangspanning normaal geproken één stand heeft (0Volt) en na een negatieve puls op de triggeringang positief wordt om na bepaalde tijd weer in de beginstand (0Volt) terug te komen. De tijd wordt bepaald door het RC netwerkje R9 en C5 en de uitgang stuurt een enkelpolig relais aan die de motorspanning naar het omkeerrelais gedurende het omkeermoment kortstondig onderbreekt. Om de tweede timer zowel op de omlaaggaande flank als ook op de omhooggaande flank van de blokgolf te triggeren is een omkeertransistor Tr2) en differientiatienetwerkje (R5 met C3 en R7 met C4) opgenomen. Dioden D1 en D2 zorgen ervoor dat de hiermee gegeneerde triggerpulsen elkaar niet tegenwerken. Dioden D3 en D4 zorgen ook hier dat de EMK van zelfinductie van de relaiss geen verstorende spanningspieken kunnen veroorzaken.

 Technisch en ingewikkeld

Ik realiseer mij terdege dat dit soort technische beschrijvingen voor de doorsnee amateurbrouwer zonder electronische of electrotechnische kennis wel erg ingewikkeld zijn. Maar goed, deze schakelingen zijn nu 2x op breadboard (een gaatjesplaat met koperen baantjes) gebouwd en m.i. geschikt om definitief op een printplaat te zetten. Hebben we alleen nog iemand nodig die op basis vanb deze schakelingetjes een printplaatje kan ontwerpen (gaarne melden bij Renko Kuperus). Bij een lokale electronicaboer in Zaandam kunnnen dan de printplaatjes gemaakt worden (etsen en boren). De kosten hiervan worden op zo’n NLG 20,00 geraamd (per printplaat, bij 4 printjes tegelijk op één A5). De printplaatjes kunnen dan met de componenten (ca. NLG 75,00 excl. transformator en behuizing)  als bouwpakketje verkocht worden. Mocht ook dit een onoverkomelijk probleem zijn, dan is er altijd wel iemand in je familie of kennissenkring die tegen vergoeding van enkele zelf gebrouwen biertjes het klusje klaart.

Voor wat het mechanische deel van dit roerwerk betreft, is dit zeer afhankelijk van mogelijkheden die de desbetreffende brouwketel biedt.

Zoals in de inleiding aangegeven is dit slechts één van de wegen die naar Rome leiden. Er zijn ongetwijfeld andere roerwerken en methoden. De redactie nodigt je uit om jouw roerwerk of de ideëen die je hebt omtrent roerwerken te beschrijven zodat we in een volgend nummer dit ook eens van een andere kant kunnen belichten.

Roerwerk 2

Naar  aanleiding van het roerwerk artikel in het vorige clubblad heb ik de volgende reactie ontvangen.

Met belangstelling heb ik je artikel over een elektronisch geregeld roerwerk gelezen. Ik heb na lezing toch een paar vragen en ik hoop dat je die kunt beantwoorden. Ik heb nl. het idee dat voor heel veel leden dit stuk boven de pet gaat en door de vragen te bentwoorden wordt het voor die mensen misschien een beetje duidelijker. (Voor de leden die op de clubavond waren is de eerste vraag niet meer zo relevant, maar voor de mensen die er niet waren wel.)

Vraag 1. Je gaat uitvoerig in op het maken van de elektronische besturing, maar ik lees niets over hoe je het roerwerk zelf in elkaar zet, van welk materiaal het is gemaakt (zal wel RVS zijn maar hoe dik is het plaatwerk, hoe zit het aan elkaar gemaakt, onder welke hoek zitten de schoepen etc).

Vraag 2. Ik vraag mij af of het maken van een elektronische schakeling om het roerwerk omgekeerd te laten draaien wel nodig is, als het beslag wat dunner is geworden door de enzymwerking gaat het roerwerk wel goed door de maisch heen, is mijn ervaring. Als de schoepen van het roerwerk in de goede stand staan, wordt de maisch heel goed door elkaar geroerd. Daarom is het belangrijk om daaraan ook aandacht te besteden.

Vraag 3. Een ruitenwissermotor laat de ruitenwissers toch ook heen en weer gaan, waarom is dan een omkeerschakeling nodig

Vraag 4. Inderdaad zijn de beschrijvingen van de werking van de elektronica ingewikkeld voor leken. Daarom lijkt het mij verstandig om zo snel mogelijk een printplaatje en een bouwbeschrijving uit te brengen, als dat niet van de grond komt heeft het hele artikel geen zin gehad. We zijn een club van amateur bierbrouwers en niet van elektronica amateurs!

Vraag 5. Er is in ons clubblad al eens vaker melding gemaakt van het SBG oftewel het Saens Brouwers Gilde. Wat is dat eigenlijk voor club.

Allereerst moet mij even van het hart dat het mij deugd doet te zien dat er toch ook leden zijn die het clubblad wel lezen. Toen ik bij de demo opstelling van het roerwerk stond en de vragen en opmerkingen van diverse leden hoorde bekroop mij de vraag “waar doe ik het eigenlijk voor?”. Later bemerkte ik dat er ook leden waren die het wel gelezen hadden en het ook erg interessant vonden. Ik zal daarom trachten de vragen zo goed mogelijk te beantwoorden om zo eventuele onduidelijkheden weg te nemen.

Antwoord 1.  Het getoonde roerwerk is in feite een kopie van een professioneel roerwerk uit een soepketel van een flink bedrijfsrestaurant. Het roerwerk is van 1,5 mm RVS gemaakt vanwege de stevigheid en omdat deze dikte redelijk te lassen is (in dunner materiaal vallen tijdens het lassen al snel gaten, zeker bij amateurlassers). De stand van de onderste schoepen is met gezond verstand bepaald en bedraagt zo’n 30° en voldoet zeer goed. Een en ander is zo geconstrueerd dat de schoepen vlak boven de bodem ronddraaien om aankoeken/branden bij gasbranders te voorkomen. Ik heb wel eens gelezen dat iemand van conserverblik iets in elkaar gezet had (is overigens goed te solderen, wel loodvrije soldeer gebruiken aub) maar dat is zo dun dat je je handen er snel aan open haalt en met schoonmaken makkelijk vervormt.

Antwoord 2.  Bij de eerste proeven met een hekroerwerk waarbij er maar één kant op gedraaid werd bleek dat na verloop van tijd (en zeker in het begin van het maischproces) de gehele maischmassa meedraaide waardoor de indruk ontstond dat er van een mengende werking weinig sprake was (overigens is dit ook in de inleiding van het artikel beschreven). In eerste instantie werd de draairichting handmatig veranderd door de stekkertjes (de + en – aansluitingen) op motortje om te wisselen. In de definiteve opstelling is het beschreven schakelingetje aangebracht waarbij deze schakelaar is vervangen door een relais.
Uit de vraag blijkt dat de steller dezes ervaring heeft met een dergelijk roerwerk. Hij wordt hierbij dan wederom van harte uitegenodigd dit roerwerk en zijn ervaringen ermee voor de andere leden te beschrijven.

Antwoord 3.  Een ruitenwissersysteem van een auto heeft (voor zover mijn kennis strekt) een mechanische constructie om de ruitenwissers heen en weer te laten bewegen. Deze constructie berust op het principe van een exentrisch aangebracht draaipunt op een draaiend wiel.Op dit draaipunt is een drijfstang bevestigd die op zijn beurt aan het andere uiteinde aan de onderzijde van de ruiten wisserstang is gemonteerd. Het exentrische draaipunt resulteert in een heen en weer gaande beweging van de drijfstang. Het gaat hierbij in de regel om een uitslag van ca. 120° (nee… géén ´Celcius), terwijl bij het roerwerk het de bedoeling is enkele omwentelingen te maken alvorens om te keren. In bijgaand tekeningetje is getracht e.e.a. te verduidelijken, de zwarte draaipunten zijn gefixeerd (dwz staan vast).  Het antwoord is dus dat niet het motortje zelf voor de omkering van de ruitenwissers zorgt maar een mechanische constructie.

Antwoord 4. Het (laten) vervaardigen van een printplaatje voor desbetreffende schakelingtjes vereist enkele randvoorwaarden zoals voldoende animo van de leden en iemand die in staat is een layout te (laten) maken. Hiervoor zullen initiatieven ontplooit moeten worden waarbij ik mij voorstel dat dit niet door een redactiecommissie gedaan wordt maar door een technische commissie. Voor wat betreft de zin of geen zin van een artikel verwijs ik naar het paragraafje Algemeen.

Antwoord 5. Het was in de beginperiode van mijn cariere als amateurbrouwer dat ik behoefte had aan gesprekspartners waarmee ik over het brouwen en al wat daarbij kwam kijken kon bomen. Ik ben dan ook bij ’t Wort wat lid van het eerste uur. Maar ja, Hoofddorp is geen Zaandam, en ikwilde eigenlijk ook wel een clubje in mijn eigen omgeving. Dus zo dacht ik, wat Theo heeft gedaan kan ik ook wel. En zo begon ik in het buurthuis bij ons  in de wijk cursussen te geven met het doel hier enthousiaste medebrouwers te kweken. Maar helaas, er was niet zoveel animo in mijn omgeving, of… ik kon het toch niet zo goed als Theo, of… ik was wellicht wat te eerlijk als het gaat om het werk wat er aan vast zit, of… verkeerd publiek, of…..whatever. Tot ik op een gegeven moment een groepje had die wel wilden brouwen maar dan met elkaar. Dat leek me op zich ook wel een leuk idee. We hebben met de ervaring die ik had een plan gemaakt en een een mobiele brouwset ontworpen en in elkaar gesleuteld. Met deze brouwset hebben Frans van de Kint en ik vorig jaar meegedaan aan het gezamenlijk brouwen.
Er is dus geen sprake van een club laat staan een vereniging. Het gaat om een groepje min of meer enthousiaste brouwers die zo’n beetje maandelijks ergens in een garage of een schuur met elkaar brouwen. De meeste van ons hebben inmiddels ook een eigen installatie. Het belangrijkste evenement is wel de maandelijkse vergadering in een bierproeflokaal in Zaandam met gezelligheid, degusteren en moppen tappen als de belangrijkste agendapunten. O ja, aan het begin van de avond praten we ook nog wel eens over brouwen.
 
Algemeen. Het clubblad heeft m.i. tot doel de leden en donateurs te informeren over de wel en wee van de vereniging en haar leden en vaktechnische aangelegenheden alsmede te stimuleren. Het publiceren van artikelen moet dit doel dus nastreven.  De samenstelling van de artikelen moet m.i. dan ook enigszins in evenwicht zijn. D.w.z. zowel wat verenigingsleven als techniek. Het verenigingsleven wordt momenteel grotendeels verzorgd door onze voorzitter. Daarnaast geeft ook de activiteitencommissie daar waar nodig acte de présence en uiteraard de bierervaringen leden. Qua techniek hebben we als amateurbrouwers een breed scala aan onderwerpen en aspecten. Met enerzijds de ingrediënten (mout, granen, hop, gist, water, kruiden en overige additieven) met de behandeling en het gebruik ervan en anderzijds de apparatuur, methoden en technieken (ketels, verwarming, filters, appendages, slangen, wegers, meters, etc…) moet je haast wel een intellectuele duizendpoot zijn om alles tot in het kleinste detail te kunnen begrijpen. Daarnaast zijn we een vereniging die al een poosje actief is en die bestaat uit beginnende maar ook uit ervaren brouwers maar ook met verschillende professionele achtergronden, de één is boekhouder, een ander is loodgieter, weer een ander is laborant, etc…
.
Uit de enquête van vorig jaar juni bleek dat vrijwel iedereen behoefte had aan met name technische artikelen m.b.t. de brouwuitrusting.  Waarom? Op een enkele uitzondering na hebben we het brouwen vrijwel allemaal geleerd in een emaillen keteltje met een roerstok, een filteremmer en een koelspiraal. Het zal jullie wellicht vreemd in de oren klinken maar…zo brouw ik nog steeds…alleen is het emmerzeefje vervangen door een hevelfilter en het koelspiraal door een tegenstroomkoeler. Maar goed, de vraag was waarom zijn we nou zo geïnteresseerd in technische artikelen met betrekking tot onze brouwset. Als ik naar mijzelf kijk heb ik ook behoefte om mijn brouwsetje aan te passen. Niet omdat ik slechte bieren brouw, maar om het mijzelf gemakkelijker te maken, bijvoorbeeld dat ik niet steeds met ketels van 30 à 40kg moet sjouwen: maischkist in, maischkist uit, slecht voor je rug!  Maar… technische artikelen vereisen meestal ook enig technisch inzicht en soms, zoals in dit geval, een specifieke kennis.  Technisch inzicht heb je of je hebt het niet. Zelfs met een beschrijving met een hoog Sesam-straat gehalte kun je dat niet uit een clubblad leren. Maar moeten we dan artikelen met enige technische diepgang dan maar niet meer publiceren?  Dan kun je bijna niets meer met enig technisch gehalte publiceren want we zijn ook geen club van koperslagers of  electriciens of loodgieters of timmelieden of …whatever. Als amateurbrouwers zijn we in principe op ons zelf aan gewezen, maar waarom zijn we dan lid van een een brouwvereniging?. Allen voor gezellige bijeenkomsten met een spreker of een proeverij, of gaat het verder. Ik denk dat we via de vereniging ook iets met elkaar en voor elkaar moeten kunnen betekenen. Voorbeeld; daar waar de loodgieter het aan kennis ontbreekt om gisten op te kweken zal deze een beroep willen doen op de laborant, die op zijn beurt graag gebruik maakt van de kennis en kunde van de loodgieter om een hevelfilter in elkaar te zetten. Dat geldt m.i. ook voor dit artikel. Er is vast wel iemand die in staat is om een layout voor een printplaat te maken, of via zijn (net)werk te laten maken. Daar zijn wellicht (materiaal) kosten aan verbonden maar dat mogen we toch wel voor lief nemen. Het belangrijkste is dat diegene die er interesse in hebben dit op één of andere manier kenbaar kunnen maken. Want het maken van een layout en bijbehorende printplaat heeft pas echt zin als er meerdere gegadigden voor zijn. En al is er maar één lid die denkt “da’s handig, en met zo’n breadboardje lukt mij ook wel” dan heeft dit artikel m.i. zijn doel bereikt.

Anderzijds probeer ik met dit soort artikelen prikkels af te geven en de leden te stimuleren. Er zijn waarschijnlijk veel eenvoudigere methoden (ik kan er zelf al een stuk of twee bedenken) en ik daag jullie hierbij uit om een veel eenvoudigere en goedkopere methode te beschijven.
Ik wacht met spanning af...