Kurze Geschichte des PID

Der PID-Controller ist einer der wirkungsvollsten technologischen Fortschritte in den Espressomaschinen der letzten zwanzig Jahre. Aber was genau ist er, und wie hat er in so ziemlich jeder modernen Espressomaschine seinen Platz gefunden? Um diese Fragen zu beantworten, haben wir einen Blick zurück in die Geschichte des Espresso Geektums geworfen, zu einer Zeit, als innovative Heimanwender die Industrie vorantreiben wollten und Seattle’s Espresso Vivace auf der Suche nach Temperaturstabilität war.

Die Grundlagenforschung

Das Kürzel „PID“ steht für „Proportional, Integral, Derivativ.“ Der PID selbst ist eigentlich ein Satz von Gleichungen, der in vielen industriellen Regelungsanwendungen verwendet wird – von der Luft- und Raumfahrttechnik über die Energieerzeugung bis hin zum Bierbrauen – die kleine Elektronikbox, die als PID-Regler bezeichnet wird, ist einfach eine physikalische Form des Algorithmus. Dieser Algorithmus ermöglicht eine präzise Regelung mehrerer Systemvariablen, wie z. B. der Temperatur eines Espressokessels.

Vor dem PID-Regler wurde die Temperatur des Espressokessels durch Thermostate oder Druckregler geregelt – kleine, einfache mechanische Vorrichtungen, die den Kessel einschalten, wenn er unter eine bestimmte Temperatur absinkt, und ihn bei Erreichen der gewünschten Temperatur wieder ausschalten. Diese Systeme funktionierten, waren aber nicht sehr genau. Der Kessel musste vor dem Einschalten unter eine eingestellte Temperatur abkühlen und erwärmte sich am oberen Ende leicht über den Abschaltpunkt hinaus, was die Temperaturstabilität recht volatil und schwer zu kontrollieren machte.

Die Implementierung eines PID-Reglers an Espressomaschinen löste dieses Problem auf zweierlei Weise: Das Elektronikpaket des PID liest und modelliert ständig die Temperatur des Kessels, indem es den Kessel kontinuierlich ein- und ausschaltet und so nahe wie möglich an die gewünschte Betriebstemperatur bringt. Der PID-Regler ist nicht nur in der Lage, den Kessel ein- und auszuschalten, er variiert auch geschickt das Verhältnis von „ON“-Zeit und „OFF“-Zeit. Dies ermöglicht die Regelung der Leistungsaufnahme des Kesselelementes und ermöglicht eine wesentlich feinere Temperaturverwaltung der PID-Regler.

Aber wie genau ist der PID-Regler in die Espressomaschinen gekommen? Die Antwort liegt bei einer Gruppe sehr motivierter Tüftler.

Temperatur im Fokus

Wenn Sie schon mal in der Gegend von Seattle waren, haben Sie den Namen David Schomer gehört.

Schomer ist der Begründer des legendären Espresso Vivace in Seattle, und bekannt für seine Technikbesessenheit. Die Temperatur an sich war für Schomer schon immer ein Schwerpunkt, und irgendwann um 1995 herum begann er ernsthaft an Espressomaschinen zu basteln, um eine gleichmäßigere Temperatur zu erreichen. Er erwähntHines Public Market Coffee Co-Gründer John Hornall als Grund für seine Obsession. Einen Tag nachdem Hornall Schomer einen sauren Shot zubereitete, wies er darauf hin, dass der Grund für den sauren Geschmack sei, dass die Temperatur der Espressomaschine leicht außerhalb des engen Temperaturbereichs liegen würde.

Dies weckte Schomers Interesse und er begann den Auswirkungen der Temperatur auf Espresso viel Zeit zu widmen, postete eine Reihe von einflussreichen Blog-Einträgen und sprach mit anderen engagierten Tüftlern.

Schomer begann eng mit La Marzocco zusammenzuarbeiten, die ihn mit einem eigenen „kleinen Bastelraum“ versorgten, so Roger Wittmann – sein damaliger Gesprächspartner von La Marzocco. Das Streben nach größerer Temperaturstabilität führte Schomer in alle möglichen Richtungen, einschließlich zusätzlicher Heizkessel und eines gewickelten Warmwasser-Rücklaufrohrs vom Magnetventil, das durch den Kessel geführt wurde.

Während Schomer experimentierte und die Temperaturtrommel schlug, wuchs eine ganze Gemeinschaft motivierter Kaffeetrinker um alt.coffee heran, eine User-Netgruppe, die als Forum, Inspiration und Zufluchtsort für Kaffeegenies fungierte, von denen viele weit weg wohnten von der sehr kleinen Zahl der Röster, die damals mit Kaffee Gutes taten.

Tofu & eine gehackte Home-Maschine

Eines der bekanntesten Mitglieder von alt.coffee war Andy Schecter. Schecter lebt derzeit in New York State und betreibt ein Unternehmen zur Herstellung von qualitativ hochwertigem Tofu. Anfang der 2000er Jahre war Schecter auch immer mehr von Espresso besessen – vor allem von der Temperatur – und ließ sich von Schomer und anderen auf alt.coffee inspirieren, beispielsweise Greg Scace (Scace ist das Gehirn hinter dem „Scace Device“, mit dem heute viele Espressomaschinen kalibriert werden).

Wie sich herausstellt, ist die Temperaturregelung auch in der Tofu-Produktion sehr wichtig, und Schecters Produktionsstätte hat für diese Aufgabe bereits PID-Regler eingesetzt. In einem Moment der Inspiration hackte er einen PID-Regler, um ihn an die Seite seiner Home-Espressomaschine Rancilio Silvia Home zu montieren, und er kündete am 3. Februar 2001 seine Ergebnisse auf alt.coffee an, was ihn zur ersten schriftlich festgehaltenen Person machte, die einen PID-Regler in eine Espressomaschine einsetzte, um eine genaue Temperaturstabilität zu erreichen. Schecter zögerte hinsichtlich der Auszeichnung und unterstrich: „ich schlug Greg Scace nur ungefähr um eine Woche , er hatte bereits einen PID-Regler auf seinem Tisch liegen, der nur noch angepasst werden musste“.

Schecters original PID-modifizierte Silvia

PID wird Standard

Um diese Zeit unterhielt sich David Schomer mit John Bicht, einem weiteren frühen technischen Genie im Kaffeebereich, der später Versalab gründen würde. Schomer sagt, Bicht schlug ihm die Idee des PID-Reglers vor, und am 23. Februar 2001 stellte Schomer nach viel Tüfteln seine modifizierte La Marzocco Linea vor, die unter anderem einen PID-Regler enthielt und damit die erste kommerzielle Maschine mit PID-Temperaturstabilität darstellte.

Schomer‘ individualisierte Linea, mit PID und vielen weiteren Modifikationen

Obwohl La Marzocco einige Jahre später mit dem Verkauf von Linea Classics mit einer PID-Regler-Upgrade-Option begann, war die erste La Marzocco-Maschine, die serienmäßig mit einem PID-Regler ausgerüstet war, die GB5, die 2005 auf den Markt kam.

Von dort aus wird die Geschichte des PID-Reglers ein wenig düster. Dies war eine Zeit des Umbruchs in der Espresso-Produktionslandschaft, in der Unternehmen fusionierten, sich spalteten, bildeten und schlossen. Es entstand eine Heimindustrie, die PID-Regler-Modifikationskits für verschiedene Espressomaschinen verkaufte, und schließlich fand die Technologie ihren Weg in die Standardarchitektur der modernsten Espressomaschinen. Die Idee des PID-Reglers und das Versprechen einer präzisen Temperaturstabilität blieben jedoch für engagierte Tüftler überall eine Obsession.

Bonus PID Wissenswertes

Die erste Espressomaschine, die tatsächlich über einen PID-Regler zur Temperaturregelung verfügte, war die automatische Espressomaschine Stein-O-Matic. Die Maschine wurde Ende der 1980er Jahre in begrenzter Stückzahl verkauft und war ein früher Einstieg in die elektronische Steuerung von Espressomaschinen (anstelle der damals üblichen mechanischen Relais), so dass sie einen PID-Regler als Teil ihres Elektronikpakets enthielt. Der PID-Regler wurde jedoch nicht speziell zur Erzielung einer hohen Temperaturstabilität eingesetzt, und die Stein-O-Matic verlor sich schnell im Nebel der Geschichte, so dass wir es für sicher halten, den PID-Regler in Espressomaschinen heute in erster Linie Schecters Silvia und Schomers Linea zuzuschreiben.