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Autor: Betreff: Rührwerk mit Drehrichtungswechsel
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PilsTrinker
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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 11:09  
Der Scheibenwischermotor wird oft beim Hobbybrauer zum Antrieb des Rührwerks eingesetzt. Eine konstant drehende Flüssigkeit tauscht meiner Meinung nach nicht so gut die Temperatur im Kocher, als eine wallende Flüssigkeit aus. Ich möchte die Dehrichtung zeitgesteurt ändern und somit Verwirbelungen erzeugen.
Die Schaltung wird über ein USB-Relais erfolgen, die Steuerung über das Brauprogramm. Als Antrieb wird ein 24Volt Gleichstrom-Garagentormotor mit Winkelgetriebe eingesetzt.
Unter bierbrauer.zxq.net habe ich die Bauteile zur Ansicht hinterlegt.


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Ladeberger
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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 11:42  
Wenn der Rührer korrekt ausgeführt ist, z.B. als Wendel-/Propellerrührer oder (mehrstufiger) Kreuzbalkenrührer mit Schrägblättern gibt es mit der Durchmischung überhaupt keine Probleme.

Gruß,
Andy


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Kurt
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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 11:47  
So ist es! Das Rührflügel-Design ist entscheidend. Schon ein einfacher, nicht angestellter, Flügel am Topfboden wirkt wie eine Radialpumpe und wälzt super um.


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BerndH
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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 12:16  
Ich halte einen Drehrichtungswechsel auch für unnötig, auch weil er ein symetrisches Rührblattdesign voraussetzt.
Falls du es dennoch so bauen willst dann wäre vielleicht noch zu bedenken das ein Richtungswechsel immer erst
dann erfolgen sollte wenn der Antriebsmotor zum Stillstand gekommen ist.


Grüsse


Bernd
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TrashHunter
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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 12:36  
Moin :)

Mein Senf dazu ;)



Ich habe zwei Flügelpaare, welche im 90°-Winkel zueinander stehend übereinander angeordnet sind.

Das unter Flügelpaar sitzt so dicht wie möglich über dem Boden des Kessels, das Zweite auf ungefährt halber Höhe des Kessels. (Durch die Montage mittels M6-Hutmuttern auf der Gewindestange jederzeit variabel in der Höhe einstellbar) Die Flügel sind ungefähr im 45°-Winkel zur Senkrechten angestellt.

Die bei rund 30rp/m erzielte Durchmischung der Maische ist selbst bei dicken Doppelbock-Maischen absolut hervorragend. Gleichzeitige Messungen der Temperatur an zwei verschiedenen Punkten - mittels PT-100 am Steuerkasten und Meßsonde des digitalen Themometers - ergaben bislang immer Abweichungen von unter 1°C.

Darüber hinaus ist ein Anbrennen bislang noch nie registriert worden.

Ich denke - aus meiner Sicht -, dass Deine These widerlegt ist und Du nur unnötigen Aufwand betreibst.

Greets Udo


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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 13:33  
Ich habe ebenfalls ein "normales" Rührwerk mit Schweibenwischermotor.
Gemeinsam mit einem Prallblech wird die Maisch optimal verwirbelt und vermengt.
Die Temperaturen sind sehr gut verteilt, das zeigen auch Kontrollmessungen immer wieder.


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Waconia
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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 13:40  
Habe gerade Dein Rührwerk auf Deiner Seite gesehen.
Deine 4 Blätter laufen auf einer Ebene direkt über dem Pfannenboden. Darüber hinaus stehen sie senkrecht
und sind mMn sehr schmal. Dass dies nicht funktioniert ist mir dann schon klar.

Ich würde mir eine effektivere Konstruktion an die Welle hängen. Siehe Udos Werk.
Dazu ein Plallbrech und Du kriegst optimale Ergebnisse auch ganz ohne Drehrichtungswechsel.


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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 14:04  
Nebenbei... :redhead: ..ich halte mein Rührwerk zwar für ein sehr gutes Rührwerk, aber ich bin vom Impeller-Rührwerk absolut begeistert. Das Video im ersten Post des Threads spricht eine klare Sprache. Sollte mich irgendwann der Deibel reiten und ich mir einen größeren Kessel zulegen, also ein größeres Rührwerk notwendig werden, werde ich wohl das Impeller-Rührwerk nachbauen.

Greets Udo


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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 15:10  
Die Lastwechsel werden eine echt Herausforderung für den Motor sein.
Versuche doch mal, statt der Thermometerhülse einen Kochlöffel so einzusetzen,
dass dessen dickes Ende möglichst knapp über den Rührwerksflügeln positioniert ist.
Du wirst dich wundern, welche positive Ausirkungen das auf die Durchmischung hat.

Cheers, Ruthard


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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 16:25  
Ihr könnt mich steinigen, wenn Ihr wollt.
Aber ohne Prallblech können die Rührwerke noch so toll konstruiert sein, die Zentrifugalkraft wird einen großen
Teil der Maische immer am Rand des Rotationsbereiches halten und so einer optimalen Temperaturverteilung eher entgegenwirken.

Erst eine Verwirbelung entgegen der Rotationsrichtung bringt da wirklich was.


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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 16:28  
Steinigt ihn :P :D


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smilies/mad.gif erstellt am: 25.8.2013 um 16:37  

Zitat von TrashHunter, am 25.8.2013 um 16:28
Steinigt ihn :P :D


:mad:


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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 16:58  
Aaaahhh... jetzt ist der ganze schöne Text weg.... grr.... also nochmal in kurz:

BerndH hat im Impeller-Thread folgenden Link gepostet http://www.bola.de/technische-informationen/ruehren-und-mis chen/ruehrelementeauswahl-und-was-sie-darueber-wissen-sollten.html
Dort findest du leicht verständlich zusammengefasst Vor- und Nachteile diverser Rührerkostruktionen. Auch gibt es dort Richtwerte für die Auslegung.

Wie Ruthard und Hannes schon bemerkt haben ist wohl durch das Einbringen eines Stromstörers (Prallblech, Kochlöffel o. Ä.) aus deinem derzeitigen Design noch am meisten rauszuholen, denn eine Änderung der Drehrichtung würde ja auch nur dazu führen, dass die Maische dann eben in der anderen Richtung Karusell fährt...

Grüße Andreas (der irgendwann mal Verfahrenstechnik studiert hat)


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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 18:06  

Zitat von Waconia, am 25.8.2013 um 16:37


Ick liebe Dir auch Hannes :D

Und nebenbei bemerkt, ich klemme seit geraumer Zeit mittels einer Wäscheklammer einen Teigschaber, welcher rund 7cm in die Maische eintaucht, an meinen Rührwerkdeckel und realisiere somit das Prallblech,
Die zuvor immer wieder im Zentrum der Maischeoberfläche beobachtete Inselbildung - im unmittelbaren Bereich um die Achse herum - wird durch die "Störung", welche das Prallblech verursacht, aufgehoben.

Greets Udo


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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 18:13  
Wichtig bei einem Rührwerk erscheint mir das das Medium zu einer axial zur Rührerachse verlaufenden Umwälzung gezwungen wird.
Axial deswegen damit die Wärme am Topfboden in höhere Bereiche des Topfinhaltes gelangen kann.
Axial bedeutet entweder am Topfrand nach oben und in der Topfmitte wieder herunter oder umgedreht.
Nur diese axiale Strömung bringt die Wärme vom Topfboden weg.
Ohne axiale Strömung bleibt es in Topfbodennähe viel heisser als an der Maischeoberfläche.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Menge an Bewegungsenergie die man der Maische zuführt.
Ein einzelnes, langsam laufendes Rührwerk das mit vielleicht 30 U/min oder noch weniger am Topfboden arbeitet hat
es natürlich schwerer eine wirkungsvolle Umwälzung einer wo möglichen dicken Maische zu erreichen wie ein gleichartiges Rührwerk das mit höherer Drehzahl
mehr Bewegungsenergie in die Maische einleiten kann. Das ist daher wichtig weil Maische als "Flüssigkeit" eine recht hohe Eigendämpfung besitzt.

Prallbleche begünstigen den zum Wärmetransport nötigen axialen Fluss der Maische nach meinen Beobachtungen nicht wirklich, es sei denn sie sind vertikal schräg angestellt.
Am Prallblech verwirbelt die Maische optisch sichtbar sehr gut, aber nur in der gleichen Ebene. (Kein Wärmetransport nach oben)
Ich habe auch damit experimentiert und habe für mich heraus gefunden das sie zumindest bei meinem Rührwerk nicht nötig sind.


Grüsse

Bernd


[Editiert am 25.8.2013 um 18:30 von BerndH]
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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 18:24  
Dadurch dass meine Flügel in der unteren Ebene durch den 45°-Winkel die Maische anheben und die darüber liegenden, ebenfalls im 45°-Winkel zur Senkrechten angestellten Flügel die von unten nach oben geförderte Maische quasi "annehmen" um sie erneut weiter nach oben zu führen, entsteht im Winkel hinter dem Prallblech ein konstant nach oben wirkender Druck, welcher die Maische über das Prallblech hebt. Logisch ist in diesem Zusammenhang, dass die Oberkante des Pralllbleches unterhalb der Oberfläche der Maische liegt.
Die Maische rollt also nachdem sie im Winkel hinter dem Prallblech zunächst gestoppt wurde, entlang dessen Fläche unter dem von hinten / unten wirkenden Druck nach oben am Prallblech entlang und "fällt" dann über dessen Oberkante.
Auf der anderen Seite des Prallbleches taucht sie wieder senkrecht in die Gesamtmasse ein und durch die vorhandene Strömung kommt es zu Verwirbelungen.
Wichtig dabei ist, dass das Prallblech nicht bündig mit der Kesselwand abschließt, sondern sich ungefähr in der Mitte des Radius des Kessels befindet und seine Oberkante unterhalb des Maischespiegels liegt.

Greets Udo


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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 18:42  
sind ja einige Antworten gekommen zu diesem Thema.
@ TrashHunter - ein durchgehendes Schaufelblatt wäre meiner Meinung nach besser, so entstehen keine (weniger) Kräfte - Drehmomente an den Muttern. Ausserdem eine Kette, die über den Boden schleift verhindert das Anbrennen. Ausserdem setzt du ein ein Teigschaber als Prallblech ein - würde doch der wechselnde Drehsinn hier nicht Sinn machen?
@ Brauwolf - die entstehende Kraft bei Drehrichtungswechel ist abhängig von der Geschwindigkeit der rotierenden Flüssigkeit und ihrer Dichte. Somit hat ein kleiner Flügel und ein frühzeitiger Drehrichtungswechsel Einfluss auf den einzusetzenden Motor. Mir steht ein GaragentürMotor zur Verfügung. Da habe ich eher das Problem, ob er für einen Dauerbetrieb von 3Std. ausgelegt ist.
@ Phalanx - super Link, finde mich dort mit meinem Ansatz der Drehrichtungsumkehrung und den senkrechten kleinen Flügeln gut wieder.
Mein erster Brau war mit einem geliehenen, gekauftem Rührwerk. Eine konstant drehende Flüssigkeit, bei der die gleichen Malzkörner an der Oberfläche zu beobachten waren, hat mich dazu bewegt einen Heckscheibenwischermotor einzusetzen. Das Stömungsprofil der aufsteigenden Malze gleicht dem des Hopfenkochens.


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BerndH
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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 18:45  

Zitat:
Dadurch dass meine Flügel in der unteren Ebene durch den 45°-Winkel die Maische anheben und die darüber liegenden,
ebenfalls im 45°-Winkel zur Senkrechten angestellten Flügel die von unten nach oben geförderte Maische quasi "annehmen" um sie erneut weiter nach oben zu führen

In diesem Zusammenhang verstehe ich immer nicht wieso die Flügel oft bis zur Rührwerksmitte angestellt werden,
denn dort in der Mitte muss die Maische doch wieder von oben zum Tofpboden zurück fliessen können.
Ist der Flügel in der Topfmitte aber auch noch angestellt wird der Maischefluss doch deutlich erschwert.

Ich glaube die Schrägstellung als solche erzeugt gar nicht so viel anhebende Wirkung wie man annimmt.
Der Grund warum es bei den meisten gut funktioniert dürfte dem Umstand gechuldet sein das die eigentliche
Maische fördernden Wirkung nicht durch die Schrägstellung des Rührerblattes, sondern durch die fliehkraftbedingte
Radialpumpenwirkung der Rührblätter erfolgen wird.
Man kann das testen indem man die Blätter einfach mal senkrecht stellt und guckt was dann geschieht.


Grüsse


Bernd


[Editiert am 25.8.2013 um 18:56 von BerndH]
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Waconia
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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 18:46  
Wichtig bei einem Rührwerk erscheint mir das das Medium zu einer axial zur Rührerachse verlaufenden Umwälzung gezwungen wird.

Wichtig ist bei einem Rührwerk, dass die Temperatur der Maische in allen Bereichen der Maischpfanne möglichst gleich ist.
Bei mir ist das so, mit Prallblech.


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BerndH
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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 18:52  

Zitat:
Wichtig ist bei einem Rührwerk, dass die Temperatur der Maische in allen Bereichen der Maischpfanne möglichst gleich ist.

Völlig richtig Waconia !
Genau das erreicht man wenn das zutrifft was du in Fettschrift zitiert hast.
Die Wärme muss durch einen zügigen axialen Maischefluss gleichmässig von unten nach oben und umgekehrt im Topf verteilt werden.
Ob mit oder ohne Prallblech ist dabei erstmal egal, Hauptsache es funktioniert.


Grüsse


Bernd


[Editiert am 25.8.2013 um 18:53 von BerndH]
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Waconia
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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 18:55  
Der Grund warum es dennoch bei den meisten gut funktioniert dürfte dem Umstand gechuldet sein das die eigentliche
Maische fördernden Wirkung nicht durch die Schrägstellung des Rührerblattes, sondern durch die fliehkraftbedingte Radialpumpenwirkung
der Rührblätter erfolgen wird.


Die Thermik nicht zu vergessen. Jenseits von 60° geht da schon was.


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Kirk1701
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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 18:55  
Hallo zusammen,

ich finde die Idee eigentlich auch etwas überzogen.

Diese Geometrie funktioniert auch bei geringen Drehzahlen super.



Wenn du umbedingt einen Tsunami in der Maischepfanne haben möchtest nimm doch einen Motor der 90° hin und her rührt?

Kirk


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TrashHunter
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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 20:40  
Moin :)

Warum meine Flügel das schaffen obwohl die Bauweise anscheinend suboptimal ist, erscheint mir letztlich nebensächlich. Würde es nicht funktionieren, würde ich es nicht propagieren.
Wahrscheinlich spielen zu viele Faktoren eine Rolle... Durchmesser des Kessels, Durchmesser der Flügel, Anstellwinkel, Umlaufgeschwindigkeit, Höhe des Kessels etc. (?)

Fakt ist, es funktioniert in der von mir betriebenen Konfiguration hervorragend und seit Einführung des Teigschabers als Prallblech noch einen Deut besser.

Sicher ist es richtig, dass die nach oben geförderte Maische auch irgendwann der Schwerkraft folgend wieder nach unten sacken muss und ich sehe den Widerspruch in den vom äußeren Rand bis zur Achse durchgängig angestellten Flügeln ebenfalls. Da aber durch die Rotation zunächst nicht nur das Anheben, sondern gleichzeitig auch die Fliehkraft wirkt, erkläre ich mir das Funktionieren meines Rührwerks damit, dass der gegensätzlich wirkende Abfall in der Bewegung eher an der Kesselwand stattfindet. Eine andere These würde besagen, dass just dieser Widerspruch in sich die notwendigen, die optimierte Temperaturverteilung fördernden, Turbulenzen in der Maische forciert.

Ganz wichtig ist mir dabei zu erwähnen, dass ich davon überzeugt bin, dass eine Schleppkette definitiv nicht notwendig ist, wenn das untere Flügelpaar dicht genug über dem Boden schwebt. Anbrennen kann meines Erachtens nur Masse, welche in Ruhe ist.
Rotieren die Flügel aber dicht genug über dem Boden, kommt dort Nichts zur Ruhe, denn träge Masse (Mehl und Gries), sowie liquide Masse (Wasser) werden in permantenter Bewegung und Austausch gehalten. Dadurch kommt Nichts zur Ruhe und kann ergo auch nicht anbrennen.
Ich erachte die Schleppkette als durchaus obsolet / nicht notwendig.

Nachtrag: Mein SW-Motor schrubbt 3 Stunden mit konstant 30rp/m ohne zu murren. Ich wage zu bezweifeln, dass ein Motor, welcher 3 Stunden lang permanent mit erheblichen Lastwechseln umgehen muss, ebenfalls klaglos mitspielt. Das Getriebe eines Heckscheibenwischermotors muss im geplanten Anwendungsfall lediglich einen Wischerarm bewegen. In der Maische steckt aber ein deutlich höheres Potential an Masseträgheit, welches bei jedem Umschalten der Drehrichtung zunächst gegen den Motor wirkt.
Die solcher Art auf die Flügel des Konstruktes wirkenden Kräfte dürften gleichfalls nicht unerheblich sein.
Befindet sich die Maische einmal in Bewegung, wird selbst die dünne M6-Gewindestange meines Rührwerks durch diese Bewegung sehr präzise zentriert. Dies auch bei sehr schweren Maischen.
Bei regelmäßigen Lastwechseln dürfte es eher zum "Taumeln" der Achse kommen, da sie ständig entgegen gesetzten Kräften ausgesetzt ist. Ist die Achse in diesem Fall sehr steif / stabil, gibt sie die Kraft einfach an die Verbindung zum Motor / die Antriebswelle des Motors weiter.

Während des Anlaufens in einer normalen 6kg-Schüttung zieht mein Motor für die ersten 10 bis 15 Sekunden rund 3,5A. Ist die Maische einmal in Bewegung, fällt die Leistungsaufnahme auf 2,5A.
Ein Motor, dessen Drehrichtung permanent umgeschaltet wird, dürfte - aufgrund der Massenträgheit der in einer Bewegung befindlichen Maische - deutlich mehr Leistung aufnehmen um den Richtungswechsel durchzuführen.

Sehe ich das richtig ?

Greets Udo


[Editiert am 25.8.2013 um 20:56 von TrashHunter]



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red_folder.gif erstellt am: 25.8.2013 um 21:20  
Hmm, ich habe zwar drei angestellte Brettchen dicht über dem Topfboden (aus von TH genannten Gründen, damit immer Bewegung dort ist und nix anbrennt), aber ansonsten habe ich bei meinem Rührer ein Maischeholz old school imititiert, das vom Motor angetrieben wird. Allerdings überlege ich gerade, bis zur Anschaffung eines wirklich leistungsfähigen Motors vielleicht lieber wieder selbst zu rühren, bei Kombirasten ist ja nicht ganz so viel zu tun dabei. Grund: mein Motor ist ein alter Geselle, der offenbar schon in den Ruhestand gehört (wenn ich die gesamte Schüttung gegeben habe, muss ich meist per Hand nachhelfen, sonst dreht er den Quirl nicht mehr). Der einzige andere Motor, der für diese Aufgabe in Frage käme, ist an meiner Mühle fest installiert und den möchte ich dort nicht mehr missen.

Aber eine ganz andere Frage ist doch, warum überhaupt ein Rührwerk? Ich habe inzwischen die mehrstufige Infusion für mich entdeckt, das entbindet den Brauer von ständigem Rühren und schafft bei guter Isolation des Maischbottichs jede Rast ohne allzu viel Rührerei. Bei UG fahre ich nur noch Kombirast, da wird nur hin und wieder gerührt, bei OG allerdings möchte ich die klassischen Rasten nicht missen und dafür habe ich mein Rührwerk. Nutzt mir nur nix, wenn ich ständig nachhelfen muss, bevor der letzte Guss respektive die letzte Infusion drin ist... Hat jemand einen kräftigen Motor über? :-)
Achim
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Zitat von TrashHunter, am 25.8.2013 um 20:40

Ein Motor, dessen Drehrichtung permanent umgeschaltet wird, dürfte - aufgrund der Massenträgheit der in einer Bewegung befindlichen Maische - deutlich mehr Leistung aufnehmen um den Richtungswechsel durchzuführen.

Sehe ich das richtig ?


Ja, das ist so. Anlaufströme sind immer sehr hoch, damit auch die Leistungen die verbraten werden und wenn der Motor das in einer Richtung noch klaglos wegsteckt, würde eine ständige Aktion wie Anhalten-Losfahren-Anhalten-Rückwärts-Anhalten etc. zu einer merklich höheren Erwärmung des Apparates führen. Allerdings wäre es in diesem Szenario egal, ob es so rum oder so rum geht, da die Maische bei 30 rpm wenig Trägheit hat und auch nur eine Sekunde Stillstand bereits einem Neuanlauf entspräche.
Achim
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