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Die
Erfindung betrifft eine Brühkammer
für die
Brühgruppe
einer Getränkemaschine,
deren wasserberührte
Flächen
aus einem Material bestehen, das dauerhaft einer maximalen Gebrauchstemperatur
von 100°C
standhält.
Getränkemaschinen
im Sinne der vorliegenden Anmeldung sind kompakte Geräte für den Haus-
oder Bürobereich,
zum Beispiel Kaffeemaschinen oder kombinierte Geräte für die Zubereitung
von Kaffee und Tee.
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Wegen
seiner guten Gleiteigenschaften wird die Brühgruppe häufig aus Polyoxyethylen (POM) hergestellt.
Höhere
Temperaturen führen
jedoch dazu, dass das Material der Brühkammer, das mit dem heißen Brühwasser
in Kontakt kommt, mit der Zeit altert. Dadurch wird nicht nur die
Brühkammer
an sich grau und weniger ansehnlich; auch ihre Oberfläche wird
in Mitleidenschaft gezogen. Mit der Verschlechterung des optischen
Eindrucks geht also auch eine Verschlechterung der mechanischen
Eigenschaften, insbesondere der Gleiteigenschaften der Brühkammer
einher.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Brühkammer anzugeben, deren thermische
Eigenschaften auch unter höheren
Temperaturen verbessert sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer
Getränkemaschine
der eingangsgenannten Art dadurch gelöst, dass für die wasserberührten Flächen der
Brühkammer
ein Material gewählt
wird, das kurzzeitig einer maximale Gebrauchstemperatur von 130°C standhält. Die
Erfindung verfolgt also das Prinzip, ein höherwertiges Material für die Brühkammer zu
verwenden. Sie lässt
sich dabei von der Kenntnis leiten, dass mit den verbesserten optischen
und thermischen Eigenschaften der Brühkammer deren gewünschte mechanische
Eigenschaften dauerhaft erhalten bleiben. Nebenbei ergibt sich ein
besserer optischer Eindruck selbst einer älteren Brühkammer. Unterliegt sie geringen
Alterungseinflüssen
aufgrund thermischer Belastungen, so lassen sich insbesondere ihre
Gleiteigenschaften länger
aufrechterhalten. Dies ist für
die Bewegung der Zylinder innerhalb der Brühkammer bzw. deren Gummidichtung
gegenüber den
Brühkammerwänden von
entscheidender Bedeutung. Deren Oberflächenbeschaffenheit wird außer von
ihrem Material vor allem durch die Qualität der Werkzeuge für ihre Herstellung
bestimmt. In der Regel genügt
ein Polieren der Werkzeugoberflächen, um
die gewünschte
Ebenheit der Brühkammerwanderung
zu erhalten. Im Übrigen
spielt der zweite Reibpartner, nämlich
Gummi an den Dichtungen der Zylinderkolben, eine wesentliche Rolle.
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Die
Verwendung eines höherwertigen
Materials zur Herstellung der Brühkammer
kann die Herstellungskosten der gesamten Kaffeemaschine deutlich
erhöhen,
da die Brühkammer
kein separates Bauteil innerhalb der Brühgruppe einer Getränkemaschine
darstellt. Demzufolge müsste
die gesamte Brühgruppe
aus dem höherwertigen
und teureren Material hergestellt werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung umfasst die Brühgruppe daher
einen Einsatz mit Wandungen, die die wasserberührten Flächen bilden, und ein Material,
das dauerhaft einer maximalen Gebrauchstemperatur von 100°C und kurzzeitig
einer maximalen Gebrauchstemperatur von 130°C standhält. Unter einem Einsatz ist
dabei ein Körper
zu verstehen, der im Wesentlichen der Form der Brühkammer
entspricht und der in sie einsetzbar ist. Die Brühkammer und die Brühgruppe
können
also konstruktiv nahezu unverändert
bleiben. Der Einsatz hat im Allgemeinen eine geometrisch einfache
Form und ist daher leicht herstellbar. Er weist die wesentlichen
Oberflächen
auf, die bei einem Brühvorgang
mit heißem
Wasser in Berührung
kommen.
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Die
erfindungsgemäße Konstruktion
hat zur Folge, dass das teurere höherwertige Material lediglich
für den
Einsatz aufgewandt werden muss, der eine sehr geringe Masse hat.
Das hat darüber
hinaus zur Folge, dass die verbleibende Brühkammer und die sie tragende
Brühgruppe
aus einem weniger anspruchsvollen Material als im Stand der Technik
hergestellt werden können.
Das kann zu einer Kostenreduktion führen. Die Erfindung verfolgt
damit das Prinzip der Funktionstrennung, indem sie die Brühfunktion
und die daraus erwachsenden Beanspruchungen dem Einsatz in der Brühkammer
zuordnet, während die übrigen Funktionen
mit den geringeren Beanspruchungen getrennt davon der Brühgruppe
zugewiesen werden. Durch die Trennung der Funktionen und der mit
ihnen verbundenen Beanspruchungen lässt sich folglich auch eine
entsprechend differenzierte Materialwahl vornehmen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der
Einsatz aus der Brühgruppe
entnehmbar. Das erleichtert den Austausch des Einsatzes für Servicetätigkeiten,
und zwar nicht nur, um an andere Aggregate innerhalb der Brühgruppe heranzukommen,
sondern auch, um ihn gegebenenfalls selbst bei Beschädigungen
oder Abnutzungen austauschen zu können. Ein austauschbarer Einsatz wiederum
ermöglicht
die Verwendung eines geringerwertigen Materials, da es nicht auf
die Lebensdauer der Getränkemaschine
ausgelegt sein muss, sondern jederzeit ersetzt werden kann.
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Um
eine geringere Temperatur der ersten bezogenen Tasse zu vermeiden,
wurde bislang die Brühtemperatur
des Wassers dafür
erhöht.
Dadurch sollte eine Erwärmung
der bislang kalten Teile der Kaffeemaschine erreicht und eine Abkühlung des Wassers
unter die gewünschte
Brühtemperatur
vermieden werden. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist zwischen der Brühkammer und dem Einsatz ein
Luftspalt zur Wärmedämmung ausgebildet.
Die Erfindung beschreitet damit einen grundsätzlich anderen Weg, indem sie nämlich den
Wärmeübergang
des Brühwassers
auf die Brühgruppe
herabsetzt. Entsprechend der Wirksamkeit dieser Wärmedämmung kann
die Temperatur des ersten Brühwassers
reduziert und dadurch Energie eingespart werden. In dem Maße, wie
die Temperatur des ersten Brühwassers
aufgrund der Wärmedämmung reduziert
werden kann, kann auch ein geringerwertiges Material für den Einsatz
gewählt und
damit eine weitere Kostenreduktion erreicht werden. Der Wärmeübergang
zwischen dem Einsatz und der Brühkammer
bzw. Brühgruppe
lässt sich
z. B. dadurch mindern, dass sich der Einsatz lediglich über Rippen,
also linear, oder über
Stifte, also punktuell, in der Brühkammer abstützt. Je
geringer die Kontaktfläche
zwischen Einsatz und Brühkammer, desto
schlechter auch der Wärmeübergang.
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Nach
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Einsatz aus
der Brühkammer
nicht entnehmbar, sondern dauerhaft mit ihr verbunden. Dies bedeutet,
dass er immer noch aus einem anderen Material und separat hergestellt
wird, aber anschließend
fest mit der Brühkammer
verbunden wird. Dies hat den Vorteil einer Materialeinsparung, da
der Einsatz an sich weniger stabil ausgebildet sein muss, da er
sich vollflächig
auf der Brühkammer
abstützt. Der
geringere Materialeinsatz für
das höherwertige Material
führt folglich
zu einer Kostenreduktion.
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Alternativ
oder zusätzlich
zu der bereits oben beschriebenen konstruktiven Wärmedämmung können nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Wandungen
des Einsatzes einen Schichtaufbau aufweisen, der eine Wärmedämmschicht
zwischen dem höherwertigen
Material und der Brühkammer
umfasst.
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Dieser
Aufbau kann sowohl bei einem entnehmbaren als auch bei einem dauerhaft
mit der Brühkammer
verbundenen Einsatz angewendet werden. Eine Wärmedämmung mittels entsprechenden Materials
beansprucht weniger Platz als die oben erläuterte konstruktive Wärmedämmung und
sorgt damit für
einen kompakteren Aufbau der Brühgruppe
an sich.
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Die
Oberflächengüte des Einsatzes,
insbesondere an seinen mechanisch beaufschlagten Flächen, wird
bislang durch die Qualität
der Oberflächen der
Herstellungswerkzeuge sichergestellt. Nach einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung können
die wasserberührten
Flächen
des Einsatzes mit einer Beschichtung zur Verbesserung ihrer Oberflächengüte versehen
sein. Die Beschichtung bzw. mechanische Widerstandsschicht kann
z. B. durch metallisches Bedampfen oder Lackieren von Kunststoff,
durch Lackieren oder Emaillieren von Metall, durch Glasieren von
Keramik oder durch eine Beschichtung aus Kunststoff, z. B. Teflon,
erzeugt werden. Dadurch lassen sich insbesondere die Gleiteigenschaften
der wasserberührten
Flächen
dauerhaft verbessern.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können als
Alternative zu einem Einsatz die wasserberührten Flächen der Brühkammer mit einem Material,
das dauerhaft einer maximalen Gebrauchstemperatur von 100°C und kurzzeitig einer
maximalen Gebrauchstemperatur von 130°C standhält, beschichtet sein. Eine
Beschichtung erfordert eine geringere Menge für das höherwertige Material und ermöglicht damit
eine Kostenreduzierung. Sie stellt zudem einen zuverlässigeren
Kontakt zur Brühkammer
dar als ein separat hergestellter und nachträglich mit der Brühkammer
verbundener Einsatz.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist unter
der Beschichtung ein Material zur Wärmedämmung angeordnet. Damit lässt sich
auch bei einer Beschichtung der Vorteil einer Wärmedämmung erzielen. Da die Beschichtung
eine geringere Masse umfasst, die das erste Brühwasser eines Zubereitungszyklus
erhitzen muss, führt
sie zu einer geringeren Abkühlung
des Brühwassers.
Dementsprechend kann die Temperatur des ersten Brühwassers
reduziert, also Energie eingespart werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als
Material für
den Einsatz oder die Beschichtung fluorversetzter Kunststoff, Polyamidkompositum,
Edelstahl, Aluminium oder Keramik verwendet. Als Kunststoffe kommen
insbesondere Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES), Polyetherimid
(PEI) und Polyphenylensulfid (PPS) in Betracht. Unter den Metallen
lassen sich insbesondere Edelstahl durch Tiefziehen und Aluminium
durch Druckguss verarbeiten, die beide zusätzlich durch Bedampfen beschichtet
werden können.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird außerdem durch
einen Einsatz für
eine Brühkammer
gelöst,
der in der oben beschriebenen Weise ausgebildet ist. Nach geringen
Modifikationen der Getränkebrühmaschine,
zum Beispiel nach Austausch der Stempel, kann er in einem vorhandenen
Gerät nachgerüstet werden
und dessen Lebensdauer dadurch erheblich verlängern.
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Das
Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung beispielshalber
noch näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen
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1 einen
Schnitt durch eine Brühkammer mit
einem Einsatz, und
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2 einen
Schnitt durch eine Brühkammer mit
einer Beschichtung.
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Die 1 stellt
eine Brühkammer 1 einer Brühgruppe
eines Kaffeevollautomaten schematisch dar. Sie enthält einen
becherförmigen
Einsatz 2, der der Form der Brühkammer 1 angepasst
ist und sie vollständig
auskleidet. Von deren offener Oberseite 3 aus ragt ein
Stempel 4 mit Durchlassöffnungen 5 in den
Einsatz 2 hinein. Er ist mit Dichtungen 6 an den Innenflächen 12 des
Einsatzes 2 abgedichtet. Ein prinzipiell gleichartiger
Stempel 7, ebenfalls mit Durchlassöffnungen 5, ragt durch
eine zentrale bodenseitige Öffnung 8 im
Einsatz 2 dem Stempel 4 entgegen. Ebenfalls bodenseitig,
aber dezentral angeordnet ist ein Wassereinlass 9, der
für die
Brühwasserzufuhr
in die Brühkammer 1 sorgt.
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Auf
seiner Außenseite
und unter seinem Flansch 13 trägt der Einsatz 2 ringförmig umlaufende Rippen 10,
mit denen er an der Brühkammer 1 anliegt.
Die Rippen 10 sorgen für
einen Luftspalt 11 zwischen dem Einsatz 2 und
der Brühkammer 1.
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Im
Betrieb der Kaffeemaschine gelangt Kaffeepulver von der Oberseite 3 aus
in die Brühkammer 1 hinein.
Während
des Befüllens
mit Kaffeepulver ist der Stempel 4 zurückgezogen und wird erst beim
einsetzenden Brühvorgang
in die dargestellte Position bewegt. Das Kaffeepulver wird zwischen
den Stempeln 4, 7 verdichtet und anschließend über den
Wassereinlass 9 mit heißem Brühwasser beaufschlagt. Die Temperatur
des Wassers bestimmt das Brühergebnis
maßgeblich
mit.
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Während eines
Brühvorgangs
kommen also innerhalb der Brühkammer 1 lediglich
die Innenflächen 12 des
Einsatzes 2 mit dem brühheißen Wasser und
dem Kaffeepulver in Kontakt. Zusätzlich
gleiten an den Innenflächen 12 die
Dichtungen 6 der Stempel 4, 7 auf und
ab. Die Innenflächen 12 sind
also sowohl thermisch als auch mechanisch hoch beansprucht. Ihre
thermische Alterung führt
nicht nur zu einer optischen Beeinträchtigung, sondern kann auch
ihre Gleiteigenschaften verschlechtern. Daher sind sie aus hochbeständigem Polyphenylensulfid (PPS)
ausgebildet, das nicht nur dauerhaft die gängige Brühtemperatur von ca. 100°C, sondern
auch kurzzeitige Temperaturspitzen von etwa 130°C schadlos aushält.
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Nach
längeren
Betriebspausen sind die Brühkammer 1 und
die mit ihr einstückig
verbundene Brühgruppe
abgekühlt.
Ohne Gegenmaßnahmen verlöre das erste
Brühwasser
zu Beginn eines Zubereitungszyklus einen Anteil seiner Wärmeenergie
an das zunächst
noch kühle
Material der Brühkammer 1 bzw.
der Brühgruppe.
Daher wird das erste Brühwasser
nach längeren
Betriebspausen über
die übliche Brühtemperatur
von ca. 100°C
hinaus auf maximal etwa 130°C
erhitzt. Herkömmliche
Kunststoffe für Brühkammern,
wie zum Beispiel Polyoxymethylen (POM), widerstehen diesen Temperaturen
nicht schadlos. Höherwertige
Werkstoffe für
die Brühkammer
verteuern aber die Herstellung der Kaffeemaschine erheblich, weil
mit ihr die gesamte Brühgruppe aus
dem teureren Werkstoff gefertigt werden müsste. Mit der Anordnung des
Einsatzes 2 wird die Verwendung des höhenwertigen Werkstoffs auf
den Einsatz 2 selbst und dessen relativ geringe Masse beschränkt. Die
damit verbundenen Kosten lassen sich in Grenzen halten.
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Ein
Wärmeverlust
des ersten Brühwassers ist
in der Brühkammer 1 gemäß 1 außerdem konstruktiv
reduziert: Der Einsatz 2 sorgt für eine Wärmedämmung, die die Wärmeabgabe
des heißen Wassers
an die Brühkammer 1 und
die Brühgruppe verhindert.
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Da
er sich nur über
die Rippen 10 an der Brühkammer 1 abstützt, im Übrigen ihr
gegenüber aber
einen Luftspalt 11 als Isolator ausbildet, hat er dort
lineare Anlageflächen
von nur sehr geringer Fläche.
Das heiße
Brühwasser
erhitzt zum einen nur noch die relativ geringe Masse des Einsatzes 2.
Dadurch kühlt
es wesentlich weniger als im Stand der Technik ab. Eine Abgabe der
Wärmeenergie
des Einsatzes 2 kann zum anderen nur noch an den kleinen Anlageflächen der
Rippen 10 geschehen. Auf der übrigen Fläche verhindert der Luftspalt 10 die
Wärmeübertragung
aus dem Einsatz 2 auf das Material der Brühkammer 1.
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2 stellt
eine alternative Ausgestaltungsform der Erfindung dar, nämlich eine
Brühkammer 20,
deren Bestandteile, soweit sie der ersten Ausführungsform entsprechen, mit
denselben Bezugszeichen versehen ist. Demnach umfasst auch sie zwei Stempel 4, 7,
die mit Durchbrüchen 5 und
ringförmig umlaufenden
Dichtungen 6 versehen sind. Wie beschrieben drückt der
Stempel 4 von einer Oberseite 3 aus in die Brühkammer
hinein und drückt
den Stempel 7, der durch eine bodenseitige Öffnung 8 der Brühkammer 20 verschiebbar
gelagert ist entgegen. Auch die Brühkammer 20 verfügt über ein
Wasserlassventil 9.
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Abweichend
von der ersten Ausführungsform
gemäß 1 umfasst
die Brühkammer 20 eine Beschichtung 21,
die die wasserberührten
Innenflächen 22 der
Brühkammer
bildet. Sie umfasst eine mechanische Widerstandsschicht 23 aus
Polyethersulfon, die auf einer Wärmedämmschicht 24 aufgebracht
ist. Die Wärmedämmschicht 24 ist
dauerhaft in der Brühkammer 20 aufgebracht.
Ebenso untrennbar ist die Widerstandsschicht 23 mit der
Wärmedämmschicht 24 verbunden.
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Im
Betrieb kommt nur die Widerstandsschicht 23 mit dem brühheißen Wasser
in Konflikt. Außerdem
hat sie der mechanischen Belastung durch die auf- und abgleitenden
Stempel 4, 7 bzw. deren Gummidichtungen 6 standzuhalten.
Die Wärmedämmschicht 24 dagegen
sorgt dafür,
dass insbesondere das Brühwasser
für eine
erste Tasse nach einer längeren
Betriebspause nicht zu stark durch die noch kühlen Geräteteile, nämlich die Brühkammer 20 und
die mit ihr verbundene Brühgruppe
abgekühlt wird.
Wird zur Vermeidung einer zu gering temperierten ersten Tasse das
erste Brühwasser
erhitzt, so kann durch die Wärmedämmschicht 24 die
dafür erforderliche
Energie reduziert werden, weil dieses erste Brühwasser nur noch die geringe
Masse der Widerstandsschicht 23 erhitzen muss. Es wird
also nicht so stark abgekühlt
wie selbst bei einem wärmeisolierten
Einsatz.
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Da
es sich bei den vorhergehenden, detailliert beschriebenen Brühkammern 1, 20 um
Ausführungsbeispiele
handelt, können
sie in üblicher
Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne
den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann die konkrete
Ausgestaltung des Einsatzes in anderer Form als in der hier beschriebenen
erfolgen, wenn dies aus Platzgründen bzw.
designerischen Gründen
notwendig ist. Weiterhin schließt
die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht aus, dass die betreffenden Merkmale
auch mehrfach vorhanden sein können.
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- 1
- Brühkammer
- 2
- Einsatz
- 3
- Oberseite
- 4
- Stempel
- 5
- Durchlassöffnung
- 6
- Dichtung
- 7
- Stempel
- 8
- Bodenseitige Öffnung
- 9
- Wassereinlass
- 10
- Rippe
- 11
- Luftspalt
- 12
- Innenflächen
- 13
- Flansch
- 20
- Brühkammer
- 21
- Beschichtung
- 22
- Innenflächen
- 23
- Widerstandsschicht
- 24
- Wärmedämmschicht