DE102015000491A1

DE102015000491A1 - Brühgruppe für Kaffee/Espressomaschinen, die es ermöglicht die Brühtemperatur genau zu steuern bzw. über die Bezugsdauer stabiler zu halten und den anfänglichen Druckanstieg zu dämpfen.

Info

Publication number: DE102015000491A1
Application number: DE102015000491.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2016-07-14

Abstract

Ausgestaltung einer Brühgruppe für Kaffee/Espressomaschinen, die es ermöglicht die Brühtemperatur genauer zu steuern bzw. über die Bezugsdauer stabiler zu halten und den anfänglichen Druckanstieg zu dämpfen, dadurch gekennzeichnet dass das Brühwasser durch entsprechende konstruktive Maßnahmen eine (1) längere Verweildauer in der Brühgruppe und (2) eine vergrößerte Kontaktfläche mit reduzierten Querschnitt hat. Eine der entscheidenden Eigenschaften einer Kaffee/Espressomaschine ist das Erreichen und das Einhalten einer bestimmten Brühtemperatur über die Bezugsdauer. Dazu gibt es verschiedene Systeme, die Kessel, Wärmetauscher oder Thermoblöcke nutzen. Über eine Brühgruppe gelangt das Brühwasser auf das Kaffeemehl. Die verschiedenen Systeme leisten die Aufgabe unterschiedlich gut und der technische Aufwand steigt, je genauer und konstanter das Brühwasser beeinflusst werden soll. Die im Patentanspruch beschriebene Lösung ermöglicht eine hohe Genauigkeit und Konstanz, ohne einen hohen Aufwand zu betreiben. Dazu wird der Weg des Wasser durch die Brühgruppe soweit es geht verlängert und beispielsweise durch eine eingebrachte Wendel noch weiter verlängert bzw. es wird eine größere Kontaktfläche geschaffen, wie auf dem Bild in 2 zu sehen ist. Ausserdem wird der anfängliche Druckanstieg gebremst, was zu einem gleichmäßigeren Brühvorgang führt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Kaffee/Espressomaschine mit einer oder mehrerer Brühgruppen. Dabei geht es um die Verbesserung der thermischen Stabilität und Steuerbarkeit der Temperatur des Brühwassers während des Kaffeebezuges und die Begrenzung des anfänglichen Brühdrucks zugunsten eines sanften Anstiegs.
Stand der Technik
Eine Brühgruppe besteht aus einem Körper, der in der Regel aus Metall (wie Messing) gefertigt ist. Er hat eine gesonderte oder integrierte Aufnahme für einen Filterhalter, der das gemahlene Kaffeemehl (oder vergleichbares) aufnimmt. In der Folge wird dieses Teil als ,Siebträgeraufnahme' bezeichnet. Durch die gesamte Brühgruppe strömt Wasser, das in der Regel von einem davorliegenden Kessel oder Wärmetauscher aufgeheizt ist. Es gibt auch Maschinen, wo der davorliegende Kessel (oder Thermoblock) direkt auf die Brühgruppe/Filterhalteraufnahme montiert ist oder anstelle eines Kessels ein Thermoblock installiert ist.
Das thermische System der Maschinen ist konstruktiv so ausgelegt,* dass eine möglichst kleine Differenz zwischen einströmendem Brühwasser und Brühgruppe gibt. Als sehr guter Wert gilt hier eine Differenz von 2°C. *
Man versucht diese Genauigkeit zu erreichen, weil Kaffee (insbesondere Espresso) schon bei ganz geringen Abweichungen von der Temperatur einen anderen Geschmack zeigt. Auch bei geringen Abweichungen kann es je nach Röstung nach sauer (= zu kalt) oder bitter (= zu heiss) tendieren. Hier sei auf die Angaben des INEI (Istituto Nazionale Espresso Italiano) verwiesen: http://www.espressoitaliano.org/files/File/istituzionale inei hq en.pdf
Technisch ist das bei den Maschinen so gelöst: Das Wasser strömt in einem Kanal auf kurzem Weg durch die Brühgruppe (was konstruktiv einfacher ist) oder in eine Kammer, die sich erst füllt und damit den Druckaufbau begrenzt.
Problem
Das Brühwasser muss in der Maschine genau vorgeheizt werden, so dass es unter Berücksichtigung des verbleibenden Weges zur Brühgruppe und durch die Brühgruppe möglichst noch die Zieltemperatur hat. Ein etabliertes System ist ein sog. 2-Kreiser. Dieser Maschinentyp hat einen ca. halb gefüllten Kessel, der unter ca. 1 bar Überdruck steht. Dieser Druck wird zum Aufschäumen von Milch genutzt (1. Wasserkreis). Das Kesselwasser ist jedoch viel zu heiss für den Bezug von Kaffee/Espresso. Deswegen wird das Wasser für den Espressobezug aus dem Tank über einen Wärmetauscher (der im Kessel installiert ist) geleitet (2. Wasserkreis). Dabei heizt es sich auf die gewünschte Temperatur auf (je nach Größe und Bauart). Nachteil ist u. a. dass immer Wasser im Wärmetauscher verbleibt, das zu Beginn des Bezuges eine zu hohe Brühtemperatur liefert. Erst während des Bezuges findet über die Durchmischung mit kaltem Wasser eine Temperaturanpassung statt.
Ausserdem schwankt die Kesseltemperatur in Abhängigkeit von der Regelung. Bei den üblicherweise verwendeten Druckschaltern (Pressostat) liegt der untere und obere Schaltpunkt um 0,2 bar auseinander, was ebenfalls Einfluss auf die Funktion des Wärmetauschers und damit auf den Geschmack hat
Man versucht bei einigen Maschinentypen (sog. Dualboiler) die Brühtemperatur dadurch besser zu kontrollieren, dass man einen 2. Boiler mit eigener Steuerung einbaut, der mit niedrigerer Temperatur nur für das Brühen zuständig ist. Der 1. Boiler ist dann nur für Dampf zuständig.
Verfügt die Brühgruppe über keine gesonderte Kammer oder Düse ist die Gefahr größer, dass das Kaffeemehl durch den stark ansteigenden Druck ungleichmäßig aufspült wird, was das unerwünschte sog. Channeling mit ungleichmäßiger Extraktion des Kaffees begünstigt. Brühgruppen mit Kammer sind konstruktiv aufwändiger und voluminöser.
Lösung/Darstellung der Erfindung:
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. So müssen keine besonderen Maßnahmen (wie ein 2. Brühboiler) ergriffen werden um die Differenz zwischen Brühwasser und Brühgruppe möglichst klein zu halten und gleichzeitig den Druckaufbau ohne gesonderte Kammer begrenzt. Die Lösung ist konstruktiv sehr einfach, aber wirkungsvoll. Dabei gilt: je besser und gleichmäßiger die Temperatur der Brühgruppe gesteuert wird, desto besser ist das Ergebnis.
Der Aufbau einer einfachen Brühgruppe mit direkter Durchleitung des Wasser kann so aussehen, wie in Bild 1 gezeigt.
Der Wasserweg ist blau gekennzeichnet und unten, wo das Wasser austritt, ist die Aufnahme des Filterhalters montiert. Für Brühgruppen mit Kammer sei auf die bekannte Brühgruppe E61 verwiesen.
Macht man den Kanal aber so lang wie es geht indem man z. B. in dem Kanal der Brühgruppe eine (enge) Wendel installiert, dann läuft (1) deutlich weniger Wasser durch den reduzierten Querschnitt auf einer (2) deutlich größeren Kontaktfläche durch die Brühgruppe. Siehe: Bild 2
Durch die größere Fläche und längere Verweildauer des Wassers in der Brühgruppe, nimmt das Wasser vollständig (oder nahezu vollständig) die Temperatur der Brühgruppe an. Damit ist die Steuerung der Temperatur des Brühwassers aus dem vorliegenden Kessel (bzw. Wärmetauscher) weitestgehend an den Punkt verlagert, wo das Wasser fast schon auf das Kaffeemehl trifft.
Diese beschriebene Maßnahme bewirkt auch eine Reduzierung des Drucks der in die Siebträgeraufnahme einströmenden Wassermenge, was wie oben beschriebene die Gefahr des Channeling reduziert.
Je feiner die Wendel gearbeitet (je kleiner die Steigung ist) und je länger die Wendel ist und je genauer die Temperatur der Brühgruppe gesteuert wird, desto größer kann die Differenz zwischen dem eintreffenden Brühwasser und der Brühgruppe sein, ohne dass es nennenswerte Abweichung von der gewünschten Brühtemperatur gibt. Damit ergibt sich eine günstige Lösung, die dem Konstrukteur gleichzeitig mehr Freiheiten bei der Konstruktion der gesamten Maschine gibt.
Anstelle der Wendel, sind andere Methoden möglich um den gleichen Effekt (Reduzierung der Wassermenge und möglichst große Oberfläche) zu erreichen, wie viele feine Kanäle anstelle eines einzelnen Kanals mit großem Querschnitt. Die Wendel ist jedoch die einfachste und günstigste Lösung, die es erlaubt, ohne Änderung der Brühgruppe an sich eine deutliche Verbesserung der Steuerbarkeit zu erreichen. Was die Temperaturkonstanz angeht, ist das Ergebnis des in den Siebträger einströmenden Wassers deutlich besser. In 3 wird die gemessene Bezugstemperatur einer Maschine mit einer Brühgruppe, die vom Wasser gerade und ungehindert durchströmt wird, dargestellt. Wie man sieht schwankt die Temperatur recht stark.
Wird eine ausreichend feine und lange Wendel eingesetzt, wird die Messkurve (bzw. die Schwankung) deutlich beruhigt. 4 zeigt den Verlauf mit einer 70 mm langen Wendel, Steigung 2 mm, verbleibender Querschnitt 2 mm.
Die Wendel ist idealerweise aus einem nicht rostenden Werkstoff gefertigt, der gut die Wärme von der umgebenden Brühgruppe aufnimmt (wie: Edelstahl oder Kupfer).
Kurzbeschreibung der Zeichnungen:
1 zeigt eine Brühgruppe mit einem üblichen geraden Kanal für den Wasserdurchfluss zum Filter (viele Brühgruppen haben einen kürzeren Kanal).
2 zeigt die gleiche Brühgruppe mit einer eingebrachten Wendel.
3 zeigt eine Messung des Brühwassers gemäß der in 1 gezeigten Brühgruppe.
4 zeigt eine Messung des Brühwassers gemäß der in 3 gezeigten Brühgruppe mit eingebrachter Helix/Wendel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://www.espressoitaliano.org/files/File/istituzionale inei hq en.pdf [0004]

Claims

Es handelt sich um eine verbesserte Brühgruppe für Kaffee/Espressomaschinen. Brühgruppen sind in der Regel so ausgeführt, dass sie die Brühtemperatur des Wassers nicht maßgeblich negativ beeinflussen, denn das Wasser wird vor der Brühgruppe (von einem Kessel, Wärmetauscher oder Thermoblock) möglichst genau auf die Zieltemperatur gebracht. Exemplarisch sei die E61-Brühgruppe verwiesen, die mittels Wasser aus dem Wärmetauscher annähernd auf die Temperatur des später durch fließenden Brühwassers gebracht wird. Die im folgenden beschriebene Verbesserung der Brühgruppe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brühgruppe genutzt wird die Brühtemperatur maßgeblich zu beeinflussen und zu steuern und als zusätzlichen Nutzen den Druckanstieg durch die Pumpe zu verzögern/dämpfen. Das wird einerseits dadurch erreicht, dass der brühwasserführende Kanal durch die Brühgruppe möglichst lang ausgeführt ist. Ergänzend (und das ist entscheidend) wird die (1) Kontaktfläche des Wassers und (2) die Verweildauer des Wassers im Kanal deutlich durch die im Folgenden beschriebenen Maßnahmen (Anspruch 2–4) vergrößert, was dazu führt, dass das Wasser die Temperatur der Brühgruppe ganz oder fast vollständig annimmt. Eine Änderung der Brühgruppentemperatur führt folgerichtig zu einer Änderung der Brühtemperatur. Die Maßnahme bewirkt auch dass der Druck vergleichsweise langsamer aufgebaut wird, was sich positiv auf die Extraktion auswirkt.
Brühgruppe nach zumindest Anspruch 1 In den Kanal der Brühgruppe wird ein schraubenähnlicher Körper mit gleichem Durchmesser möglichst über die ganze Länge des Kanals eingesetzt.
Brühgruppe nach zumindest Anspruch 1 In den Kanal der Brühgruppe wird eine Helix (Mehrfachhelix) mit gleichem Durchmesser möglichst über die ganze Länge des Kanals eingesetzt.
Brühgruppe nach zumindest Anspruch 1 Der Kanal der Brühgruppe wird durch viele Kapillare ersetzt.