Dieses Projekt stammt von unserem Gastautor

Lothar Göde

Elektronik macht Spaß. Deshalb habe ich mein Hobby zum Beruf gemacht. In meiner Freizeit befasse ich mich mit Projekten, die es nicht von der "Stange" gibt.

Mit Strom aus dem Teeglas und der Thermoelektrischen Teeuhr zum perfekten Tee  

Mit Strom aus dem Teeglas und der Thermoelektrischen Teeuhr zum perfekten Tee

Die Thermoelektrische Teeuhr dient der Teezubereitung mit handelsüblichen Teebeuteln. Nach Ablauf der empfohlenen Ziehzeit wird der Teebeutel automatisch durch eine Elektromechanik aus dem Teeglas gehoben. Der Tee wird dadurch optimal zubereitet, ohne dass beispielsweise Bitterstoffe entstehen, die das Getränk ungenießbar machen können.

Die Steuerung der Thermoelektrischen Teeuhr erfolgt elektronisch, wobei die dazu benötigte elektrische Energie mittels Energy- Harvesting aus einer Temperaturdifferenz (thermoelektrischer Effekt) erzeugt wird und so auf eine Batterie oder einen Akkumulator verzichtet werden kann.

 

Geeignet für: Fortgeschrittene

Zeitaufwand: ca. 30- 40 Stunden für den Prototyp

Kosten: ca. 100€

Das benötigen Sie an Elektronik: Thermoelektrischen Generator, Step-Up Converter LTC3108, Mikrocontroller, LC- Display, Tasten, Piezosignalgeber, Elektromagnet

 

Die Idee

Ist es für die Teezubereitung möglich, aus der Temperaturdifferenz eines mit kochendem Wasser befüllten Teeglases und dessen Umgebung so viel Energie zu gewinnen, dass ein Teebeutel nach Ablauf der Ziehzeit zeitgenau aus dem Teeglas gehoben werden kann und dass zusätzlich noch ein Signal als Fertigmeldung ausgelöst wird? Als Antwort auf diese Frage entstand der Prototyp der Thermoelektrischen Teeuhr als Funktionsnachweis.

 

 

Bedienung der Thermoelektrischen Teeuhr

Bei diesem Prototyp muss das Teeglas auf eine vorgegebene Stelle platzieren werden. Weiter muss ein handelsüblicher Teebeutel mittels Klemme an einem Draht befestigt werden und dieser in das Teeglas von Hand abgesenkt werden. In das Teeglas wird kochendes Wasser geschüttet. Ab diesem Zeitpunkt wird durch den thermoelektrischen Generator (TEG) elektrische Energie erzeugt. Nach ca. 30s erscheint am Display eine vorgegebene Zeit. Die mit 2 Tasten geändert werden kann. Die Zeit wird im Sekundentakt rückwärts gezählt. 12s vor Ablauf der Zeit ertönt ein Signal als Fertigmeldung. Ist die Zeit komplett abgelaufen, dann wird der Teebeutel aus dem Teeglas automatisch gehoben. Der Aufgussvorgang ist beendet. Der Teebeutel und das Teeglas können aus der Thermoelektrischen Teeuhr entnommen werden. Wurde das 1. akustische Signal überhört, dann folgen weitere akustische Signale im Minutentakt. Durch Betätigung einer Taste kann das Ertönen weiterer Signale unterbunden werden.

Dieses Video verdeutlicht noch einmal die Arbeitsweise der  Thermoelektrischen Teeuhr.

Energie Gewinnung

Beim Prototypenbau wurden als erster Schritt Experimente mit dem TEG durchgeführt. Es musste ein Kühlkörper mit einer effektiven Wärmeableitung gefunden werden. Ein Aluminiumkühlkörper von einem CPU- Kühler aus der Bastelkiste kam zum Einsatz. Auf der Wärme zuführenden Seite des TEG gab es Probleme, da nicht genug Wärme vom Teeglas zum TEG gelangte. Es folgten einige Versuche mit diversen Teegläsern und Wärmeleitmaterialien, bis ich dann eine optimale Lösung fand. Nun stand ausreichend elektrische Energie zur Verfügung. Wird in das Teeglas kochendes Wasser geschüttet, dann wird nach der Ziehzeit (z.B. 5 Minuten) so viel Energie „geerntet“, dass ein 2200µF Elko zuverlässig aufgeladen ist und die Steuerelektronik ihren Dienst verrichtet.

Beförderungsmechanismus

Im nächsten Schritt musste ein Beförderungsmechanismus für den Teebeutel gebaut werden.
Hierbei kommt ein Gegengewicht zum Einsatz, um den Teebeutel aus dem Teeglas zu ziehen. Der Teebeutel selbst wird an einer Klemme befestigt, welche durch einen Draht mit dem Gegengewicht verbunden ist. Durch eine Umlenkeinheit wird das Gegengewicht angehoben, wenn der Teebeutel zum Aufbrühen von Hand in das Teeglas abgesenkt wird. Da das Gegengewicht schwerer ist als der Teebeutel, muss es arretiert werden, damit der Teebeutel nach dem Loslassen nicht wieder aus dem Teeglas gezogen wird. Die Arretierung erfolgt durch einen Bolzen, der durch Federkraft den Weg des Gegengewichtes versperrt, sobald dieses eine bestimmte Position erreicht hat. Die Freigabe des Bolzens erfolgt elektromagnetisch (Elektromagnet).

Mikrocontroller Steuerung

Hauptkomponente für die Timersteuerung ist ein Mikrocontroller vom Typ ATmega169PA. Dieser besitzt einen LCD- Controller zur Ansteuerung eines Displays z.B. zur Anzeige der Ziehzeit. Weiter sind am Mikrocontroller zwei Tasten angeschlossen, mit denen u. a. die Ziehzeit einstellbar ist. Als Aktoren sind am Mikrocontroller der Elektromagnet für den Arretierungsbolzen und ein Piezosignalgeber angeschlossen. Die Firmware realisiert diverse Funktionen. Sobald die Energy- Harvesting Schaltung die Versorgungsspannung für den Mikrocontroller bereitstellt, wird die Ziehzeit im Display blinkend angezeigt. Bis die Anzeige erscheinen kann, vergehen ca. 30 Sekunden. Die meisten Teesorten benötigen 5 Minuten Ziehzeit. Als Standardwert für die Ziehzeit wird deshalb auf dem Display eine Zeit von 4 Minuten und 30 Sekunden angezeigt. Mit den beiden Tasten kann die Ziehzeit verändert werden. Wird für einige Sekunden keine der Tasten betätigt, dann hört die Anzeige auf zu blinken und die eingestellte Ziehzeit wird im Sekundentakt gegen null gezählt. Einige Sekunden vor Ablauf der Ziehzeit ertönt vom Piezosignalgeber ein akustisches Signal. Es soll für den Zubereiter ein Hinweis darauf sein, dass demnächst der Tee zur Abholung bereit steht (Fertigmeldung). Wenn die Ziehzeit endgültig abgelaufen ist, dann wird vom Mikrocontroller ein Steuersignal zum Elektromagnet geschickt, welches den Arretier- Bolzen freigibt und so das Gegengewicht den Teebeutel aus dem Teeglas zieht.

Wen könnte die Thermoelektrische Teeuhr interessieren?

Als Anwender sind vorstellbar normale Teetrinker und technikbegeisterte Maker, welche die Thermoelektrische Teeuhr im Heimbereich oder im Büro nutzen. Weitere Einsatzmöglichkeiten gibt es als Lernpaket zum Thema Energy- Harvesting für Ausbildung und Hobby und in der Gastronomie.
Folgende praktische Anwendung der Thermoelektrischen Teeuhr in der Gastronomie ist vorstellbar. Da an Tischen in Restaurants üblicherweise kein Netzanschluss vorhanden ist, ist es denkbar, dass dem Gast eine Thermoelektrische Teeuhr serviert wird, welche bereits mit Teeglas, Teebeutel und heißem Wasser bestückt ist. Vor den Augen des Gastes wird dann nach Ablauf der Zeit der Teebeutel automatisch aus dem fertigen Tee gehoben.

Was ist das Besondere an der Thermoelektrischen Teeuhr?

Durch die Verwendung der modernen Energy- Harvesting Technologie wird die Thermoelektrische Teeuhr zum Hightech- Gerät. Der lästige Batteriewechsel oder das lästige Aufladen von Akkumulatoren entfällt. Das Gerät ist somit, bis auf die Reinigung, wartungsfrei. Da auf Batterien und Akkumulatoren verzichtet wird, können auch keine chemischen Substanzen auslaufen, die mit dem Lebensmittel in Berührung kommen können und so zur Gefahr werden. Die durch die Energy- Harvesting Technologie entstehenden elektrischen Spannungen sind gering und für den Mensch ungefährlich. So kann auf Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag verzichtet werden.

Abschließende Bemerkungen

Die Thermoelektrischen Teeuhr ist eine praktische Anwendung für die Energy- Harvesting Technologie. Durch den Bau des Prototyps, ist ein Gerät entstanden, welches bei mir fast täglich zum Einsatz kommt. Da es sich um ein Freizeitprojekt von mir handelt, bin ich leider mit meinen vorhandenen Möglichkeiten nur in der Lage einen Geräteprototyp in der gezeigten Art zu erstellen. Es gibt auch nur diesen einen Prototyp. Für mich stand im Vordergrund der Nachweis der Funktion und nicht das Aussehen.

 

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