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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zubereitung eines Kaffeeextrakts
mit einer feinblasigen Schaumschicht, wobei die Vorrichtung eine
Heißwassereinheit
zur Abgabe von Heißwasser,
wenigstens einen Auslaß zur
Abgabe des Kaffeeextrakts mit der feinblasigen Schaumschicht und
einen Flüssigkeitsströmungsweg
aufweist, der sich von der Heißwassereinheit
zum Auslaß erstreckt,
wobei die Vorrichtung ferner mit einem Behälter zur Aufnahme von gemahlenem
Kaffee, einer Düse,
die einen Einlaß,
wenigstens eine Ausgußöffnung und
einen Flüssigkeitsströmungskanal,
der sich vom Einlaß zur
Ausgußöffnung erstreckt,
umfaßt
und mit einem Pufferreservoir versehen ist, wobei der Behälter, die
Düse und
das Pufferreservoir aufeinanderfolgend im Flüssigkeitsströmungsweg
angeordnet sind, wobei das Heißwasser
im Betrieb durch die Heißwassereinheit
dem Behälter
für den
Erhalt eines Kaffeeextrakts zugeführt wird, das dem Einlaß der Düse für die Erzeugung
eines Strahls aus dem Kaffeeextrakt zugeführt wird, wobei der Strahl
aus der Ausgußöffnung in
das Pufferreservoir spritzt und somit eine dünne Schicht des Kaffeeextrakts
im Pufferreservoir gebildet wird, so daß der Strahl aus dem Kaffeeextrakt
in die Schicht aus Kaffeeextrakt spritzt, um eine feinblasige Schaumschicht
zu erhalten, und wobei das Kaffeeextrakt mit der feinblasigen Schaumschicht
aus dem Pufferreservoir zum Auslaß für die Abgabe des Kaffeeextrakts
mit der feinblasigen Schaumschicht strömt, wobei das Pufferreservoir
mit einer Auslaßöffnung für den Abfluß aus dem
Pufferreservoir versehen ist, wobei die Größe der Auslaßöffnung und
die Menge an Heißwasser,
die pro Zeiteinheit von der Heißwassereinheit
abgegeben wird, so aufeinander abgestimmt sind, daß im Betrieb
die Schicht aus Kaffeeextrakt im Pufferreservoir gebildet wird.
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Eine
derartige Vorrichtung ist aus der niederländischen Patentanmeldung 10006039
bekannt. Die bekannte Vorrichtung ist mit zwei Ausgußöffnungen versehen,
die zwei Strahlen Kaffeeextrakt in den Pufferbehälter spritzen. Auf diese Weise
wird der Pufferbehälter
mit Kaffeeextrakt gefüllt.
Dies nringt mit sich, daß die
Kaffeeextraktstrahlen in die Flüssigkeitsfläche eines
Pufferbehälters
spritzen, wodurch eine feinblasige Schaumschicht gebildet wird.
Anschließend
fließt
der Kaffeeextrakt mit der feinblasigen Schaumschicht aus dem Pufferbehälter zu
einem Auslaß der
Vorrichtung. Der Pufferbehälter
befindet sich in einiger Entfernung vom Auslaß, insbesondere derart, daß er sich
im Flüssigkeitsströmungsweg
zwischen der Ausgußöffnung der
Düse und
dem Auslaß der
Vorrichtung befindet.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, die Vorrichtung des in der Einleitung
beschriebenen Typs derart zu verbessern, daß zu jeder Zeit eine stabile
feinblasige Schaumschicht auf dem Kaffee erhalten wird. In diesem
Zusammenhang bedeutet stabil eine durchgehende Schaumschicht, die
für mindestens
fünf Minuten
intakt bleibt. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß, wenn
ein Strahl verwirbelt und daher nicht klar ist, eine instabile Schaumschicht
gebildet wird, die meistens innerhalb von fünf Minuten aufbricht und nicht
länger
durchgehend ist. Eine derartige Schaumschicht wird von Einigen sogar
als unappetitlich beschrieben. Gemäß der Erkenntnis der Erfindung
ist die Instabilität
der Schaumschicht hauptsächlich
durch die Bildung von größeren Blasen
bedingt, die schnell platzen und somit die schnelle Auflösung der
gesamten Schaumschicht bewirken.
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Zu
diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
daß die
Größe der Querschnittsfläche des
Flüssigkeitsströmungskanals
in einer Richtung vom Einlaß zur
Ausgußöffnung zunimmt.
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Ferner
basiert die Vorrichtung auf der Erkenntnis, daß ein Kontakt zwischen einem
durch den Flüssigkeitsströmungskanal
fließenden
Kaffeeextraktstrahl und der Innenwand des Flüssigkeitsströmungskanals
eine Verwirbelung und somit eine Trübung des austretenden Strahls
bewirken kann. Durch Vergrößern der
Querschnittsfläche
des Flüssigkeitsströmungskanals
vom Einlaß hin
zur Ausgußöffnung ist
dieser Kontakt völlig
oder zumindest ausreichend vermieden, um eine Verwirbelung des ausströmenden Flüssigkeitsstrahls
zu verhindern. Durch die Anwendung der Erfindung erfolgt keine Verwirbelung des Strahls
(er bleibt klar), so daß eine
feinblasige Schaumschicht ohne große Blasen gebildet wird, die für Stunden
und sogar Tage stabil bleibt.
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Vorzugsweise
ist die Düse
aus einem starren Material hergestellt. Dies verringert die Gefahr
einer Verwirbelung des Strahls und somit eines in der Form und der
Richtung instabilen Strahls weiter. Dies ist möglicherweise durch die Tatsache
begründet,
daß bei
Verwendung eines starren Materials wie Hartplastik und Metall die
Oberfläche
der Düse,
die im Betrieb in Kontakt mit dem durch die Düse strömenden Kaffeeextrakt steht,
eine sehr glatte Ausbildung haben kann.
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Vorzugsweise
nimmt die Größe der Querschnittsfläche über zumindest
im wesentlichen die gesamte Länge
des Flüssigkeitsströmungskanals
zu.
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Gemäß einer
praktischen Variante weist der Flüssigkeitsströmungskanal
einen kreisförmigen Querschnitt
auf. Der Durchmesser des Flüssigkeitsströmungskanals
nimmt über
mindestens im wesentlichen die volle Länge des Flüssigkeitsströmungskanals
vom Einlaß hin
zur Ausgußöffnung zu.
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Insbesondere
hat die Innenwand des Flüssigkeitsströmungskanals
zumindest im wesentlichen die Form einer konischen Fläche. Der
von der konischen Fläche
eingeschlossene Winkel kann beispielsweise 10–30° betragen.
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Die
Erfindung wird im folgenden auf der Grundlage der Zeichnungen weiter
erläutert.
Die Zeichnungen zeigen:
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1a eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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1b eine
perspektivische Darstellung einer Behälteraufnahmeeinheit der Vorrichtung
von 1a;
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1c eine
Draufsicht auf die Behälteraufnahmeeinheit
von 1b;
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1d einen
Querschnitt der Behälteraufnahmeeinheit
entlang der Linie 1d der 1a;
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1e einen
Querschnitt der Behälteraufnahmeeinheit
entlang der Linie 1e der 1a;
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2a eine
Behälteraufnahmeeinheit,
die im Gebrauch in der Kammer gemäß 1a angeordnet
ist;
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2b einen
Querschnitt durch die Behälteraufnahmeeinheit
entlang der Linie 2b der 2a;
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2c ein
Detail des eingekreisten Teils von 2b;
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3a eine
Düse des
Behälters
nach den 2a–2c;
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3b eine
Draufsicht und eine Unteransicht der Düse von 3a; und
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3c einen
Querschnitt entlang der Linie 3c in 3b.
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1a zeigt
unter dem Bezugszeichen 1 eine Vorrichtung zum Zubereiten
eines Kaffeeextrakts mit einer feinblasigen Schaumschicht. Die Vorrichtung
ist mit einer Behälteraufnahmeeinheit 2 versehen,
in welcher ein in 2a dargestellter entnehmbarer
Behälter 4 aufgenommen
ist. 1b zeigt in perspektivischer Ansicht die Behälteraufnahmeeinheit 2.
Wie sich aus der Figur ergibt, ist die Behälteraufnahmeeinheit 2 mit
einem Aufnahmeraum 6 versehen, in dem der Behälter 4 während des
Gebrauchs aufgenommen werden kann.
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Die
Vorrichtung ist ferner mit einem abnehmbaren Deckel 8 versehen,
mit welchem die Behälteraufnahmeeinheit 2 geschlossen
werden kann, wenn der Behälter 4 im
Aufnahmeraum 6 angeordnet ist. Ferner weist die Vorrichtung
eine Heißwassereinheit 10 auf,
die zum Liefern von Heißwasser über einen Schlauch 12 zu
dem durch den Deckel 8 geschlossenen Aufnahmeraum 6 angeordnet
ist.
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Der
Behälter 4 ist
zum Befüllen
mit gemahlenem Kaffee ausgebildet. In diesem Beispiel ist der Behälter mit
einem Boden versehen, auf dem ein mit gemahlenem Kaffee gefüllter Beutel
angeordnet werden kann. Es ist jedoch ebenfalls möglich, den
Behälter
auf andere Weise mit Kaffee zu befüllen. Der Boden kann beispielsweise
als an sich bekannte Filterplatte ausgebildet sein, auf welche der
gemahlene Kaffee lose geschüttet
werden kann.
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Der
Boden ist ferner mit einer Auslaßöffnung 16 versehen,
in der eine Düse 18 angeordnet
ist. Die Düse
besteht aus einem starren Material. Hierfür kommt beispielsweise Hartplastik
oder Metall in Betracht.
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Die
Behälteraufnahmeeinheit 2 ist
ferner mit einem Pufferreservoir 20 versehen, das in Draufsicht einen
im wesentlichen konvexen Boden 22 und aufragende Seitenwände 24 aufweist.
Nahe der Mitte des Bodens jedoch weist dieser eine im wesentlichen ebene
Form auf. Der ebene Teil des Bodens ist in 1c mit
dem Bezugszeichen 22a versehen, während der konvexe Teil mit
dem Bezugszeichen 22b versehen ist. In diesem Beispiel
sind am Boden des Aufnahmeraums 6 unter dem Boden 22 des
Pufferreservoirs 20 zwei Auslässe 26a und 26b zum
Ausgeben des Kaffeeextrakts mit der feinblasigen Schaumschicht vorgesehen
(siehe 1c). Ferner sind in dem Boden 22 des
Pufferreservoirs zwei weitere Öffnungen 28a und 28b vorgesehen.
Diese Öffnungen 28a und 28b befinden
sich an einer tiefen Stelle, und in diesem Beispiel an der tiefsten
Stelle, des in Draufsicht konvexen Bodens 22. Der Behälter 4,
die Düse 18 und
das Pufferreservoir 20 sind daher aufeinanderfolgend in
Reihe in einem Flüssigkeitsströmungsweg
von der Heißwassereinheit 10 zu
den Auslässen 26a, 26b angeordnet.
Die bis zu diesem Punkt beschriebene Vorrichtung funktioniert wie
folgt.
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Der
Benutzer entfernt den Deckel 8 und nimmt den Behälter 4 von
der Behälteraufnahmeeinheit 2.
Anschließend
wird in dem Behälter 4 ein
mit gemahle nem Kaffee gefüllter
Beutel aufgenommen. Bezüglich
eines weiteren möglichen
Ausführungsbeispiels
des Behälters
wird auf die Europäische
Patentanmeldung 98201517.4 (Café créme holder) verwiesen. Danach
wird der Behälter
in den Behälteraufnahmeraum
zurück
verbracht und der Behälteraufnahmeraum
wird mit dem Deckel 8 geschlossen. Anschließend liefert
die Heißwassereinheit 10 heißes Wasser über den
Schlauch 12 in den Aufnahmeraum 6. Der hier eintretende
Druck kann beispielsweise ungefähr
0,4 bar betragen. Das heiße
Wasser wird so durch den Beutel gedrückt (der Beutel ist in 2b schematisch
dargestellt und mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet). Danach
wird in dem Beutel 30 Kaffeeextrakt gebildet. Der Kaffeeextrakt
tritt an der Unterseite des Beutels aus und fließt entlang des Bodens zur Auslaßöffnung 16.
In der Auslaßöffnung 16 fließt der Kaffeeextrakt
weiter zur Düse 18.
Die Düse 18 ermöglicht,
daß der
Kaffeeextrakt als Strahl aus der Düse 18 austritt. An
der Ausgußöffnung wird
somit ein Kaffeeextraktstrahl erzeugt, der in das Pufferreservoir 20 spritzt
und zuerst auf den ebenen Teil 22a des Bodens 22 trifft.
Da dieser Bereich eben ist, wird das Pufferreservoir sodann, gleichmäßig über den
Boden 22 verteilt, mit Kaffeeextrakt gefüllt. Dies führt zu einer
gleichmäßigen Schaumbildung.
Infolgedessen wird im Pufferreservoir 20 eine dünne Schicht
Kaffeeextrakt gebildet. Der Kaffeeextraktstrahl spritzt daher auf
die flüssige
Oberfläche
des bereits in dem Pufferreservoir befindlichen Kaffeeextrakts.
Infolgedessen bildet sich eine feinblasige Schaumschicht. Das Pufferreservoir
wird auf diese Weise mit Kaffeeextrakt mit einer feinblasigen Schaumschicht
gefüllt.
Sobald das Pufferreservoir ausreichend gefüllt ist, läuft es über zwei Auslaßöffnungen 29a und 29b in
der Seitenwand 24 des Pufferreservoirs leer, wobei der
tiefste Punkt der Auslaßöffnungen über dem
Niveau des Bodens nahe der Seitenwand liegt. Der Mindestpegel des
Kaffeeextrakts in dem Pufferreservoir, bei dem das Pufferreservoir
sich über
die Auslaßöffnungen 20a und 29b zu
leeren beginnt, ist daher durch die Höhe des tiefsten Punkts der
Auslaßöffnungen 29a und 29b bestimmt.
Der aus dem Pufferreservoir fließende Kaffeeextrakt fließt zu einer
Position am Boden der Aufnahmeeinheit 2. Diese Position
befindet sich unter dem Boden 22 des Pufferreservoirs.
Am Boden der Aufnahmeeinheit sind wie erwähnt Auslässe 26a und 26b angeordnet,
durch welche der Kaffeeextrakt mit einer feinblasigen Schaum schicht
die Behälteraufnahmeeinheit 2 verläßt, um beispielsweise
in einer oder zwei Tassen aufgenommen zu werden.
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Ein
Raum 31 unter dem Pufferreservoir ist durch eine aufragende
Trennwand 32 in zwei identische Teile 31a und 31b unterteilt,
wobei der Raum 31a in Fluidverbindung mit dem Auslaß 26a der
Aufnahmeeinheit steht und der Raum 31b in Fluidverbindung
mit dem Auslaß 26b der
Aufnahmeeinheit steht. Der durch die Auslaßöffnung 29a in den
Raum 31a fließende
Kaffeeextrakt verläßt die Aufnahmeeinheit durch
den Auslaß 26a.
Der durch die Auslaßöffnung 29b in
den Bereich 31b fließende
Kaffeeextrakt verläßt die Aufnahmeeinheit
durch den Auslaß 26b.
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Wenn
die gewünschte
Wassermenge dem Beutel 30 zugeführt wurde, wird die Heißwassereinheit 10 abgeschaltet.
Die noch in dem Pufferreservoir 20 verbleibende Kaffeeextraktmenge
fließt
sodann aus dem Pufferreservoir durch die Auslaßöffnungen 29a und 29b und
schließlich
läuft der
Rest durch die Auslaßöffnungen 28a und 28b.
Die Auslaßöffnungen 28a und 28b haben
derart kleine Abmessungen, daß das
Pufferreservoir im Gebrauch mit Kaffeeextrakt gefüllt wird.
Im Gebrauch ist daher die Menge an Kaffeeextrakt, die pro Zeiteinheit
dem Pufferreservoir zugeführt
wird, größer als
die Menge an Kaffeeextrakt, die das Pufferreservoir pro Zeiteinheit
durch die Öffnungen 28a und 28b verläßt. Zu diesem
Zweck sind die Größe der Auslaßöffnungen 28a und 28b und
die pro Zeiteinheit von der Heißwassereinheit
ausgegebene Wassermenge aufeinander eingestellt, so daß im Gebrauch
die genannte Schicht Kaffeeextrakt in dem Pufferreservoir gebildet
wird.
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Die
Düse 18 ist
mit einem Einlaß 34 (2c und 3) und einer Ausgußöffnung 36 versehen. Zwischen
dem Einlaß 34 und
der Ausgußöffnung 36 ist
ein Flüssigkeitsströmungskanal 38 mit
Innenwänden 40 gebildet.
Wie in 3c deutlich zu erkennen, nimmt
die Größe der Querschnittsfläche des
Flüssigkeitsströmungskanals
vom Einlaß zur
Ausgußöffnung zu.
In diesem Beispiel nimmt die Größe der Querschnittsfläche sogar über mindestens
die gesamte Länge
des Flüssigkeitsströmungskanals
zu. Nur nahe dem Einlaß 34 nimmt
die Größe der Querschnittsfläche des
Einlasses 34 über
einen relativ kurzen Weg nicht in Richtung der Ausgußöffnung 36 zu.
In 3c ist dieser Weg mit dem Bezugszeichen 42 versehen.
Vorzugsweise ist dieser Weg so kurz wie möglich und sogar gleich Null.
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Daher
fallen auch Varianten, bei denen der Weg eine Länge gleich Null hat, in den
Rahmen der Erfindung. Es ist ebenfalls möglich, daß die Ausgußöffnung 36 sich an
dem Punkt in 3c befindet, an dem der Weg 42 in
den Weg 40 übergeht.
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Wenn
der Kaffeeextrakt dem Einlaß 34 zugeführt wird,
hat dies aufgrund der geringen Abmessungen des Einlasses 34 zur
Folge, daß nahe
dem Einlaß 34 der
Kaffeeextraktstrahl gebildet wird. Der Durchmesser des derart am
Einlaß 34 gebildeten Kaffeeextraktstrahls
nimmt stromabwärts
des Einlasses 34 allmählich
zu. Durch die vorgenannte Zunahme der Größe der Querschnittsfläche des
Flüssigkeitsströmungskanals
vom Einlaß zur
Ausgußöffnung 36 kommt
der Kaffeeextraktstrahl kaum, wenn überhaupt, in Kontakt mit den
Seitenwänden 40 des Flüssigkeitsströmungskanals 18.
Hierdurch wird überraschenderweise
erreicht, daß der
Kaffeeextraktstrahl zu keiner Zeit verwirbelt wird und klar ist, mit
dem Ergebnis, daß eine
stabile feinblasige Schaumschicht im Pufferreservoir gebildet wird.
Das Verwirbeln des Strahls führt
daher unter anderem zu einer Richtungsänderung des Strahls und einer
Verringerung der Klarheit. In diesem Beispiel hat der Flüssigkeitsströmungskanal
einen kreisrunden Querschnitt, wobei der Durchmesser des Flüssigkeitsströmungskanals über zumindest
im wesentlichen die gesamte Länge
des Flüssigkeitsströmungskanals vom
Einlaß 34 zur
Ausgußöffnung 36 zunimmt.
Es ist jedoch vorstellbar, daß der
Querschnitt nicht kreisrund, sondern beispielsweise n-winklig (wobei
n eine ganze Zahl größer als
oder gleich 3 ist), oval oder anders geformt ist.
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In
diesem Beispiel hat die Innenwand 40 des Flüssigkeitsströmungskanals 38 zumindest
im wesentlichen die Form einer konischen Fläche. Ein von der konischen
Fläche
eingeschlossener Winkel α (siehe 3) beträgt vorzugsweise 10 – 30°. In diesem
Beispiel ist α ungefähr gleich
20°.
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Vorzugsweise
beträgt
die Größe der Querschnittsfläche des
Flüssigkeitsströmungskanals nahe
dem Einlaß 0,05 – 2 mm2. Diese Fläche ist in 3b schräg schraffiert.
Vorzugsweise ist die Größe der Querschnittsfläche des
Flüssigkeitsströmungskanals
nahe der Ausgußöffnung ungefähr 1 – 2 mm2 größer als
die Größe der Querschnittsfläche des
Flüssigkeitsströmungskanals
nahe dem Einlaß. In 3b ist
die Querschnittsfläche
des Flüssigkeitsströmungskanals
durch vertikale Schraffierung dargestellt.
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Eine
andere Art, die bevorzugten Abmessungen des Flüssigkeitsströmungskanals 38 anzugeben, besteht
darin, daß der
Durchmesser des Flüssigkeitsströmungskanals
nahe dem Einlaß vorzugsweise
0,3 – 1,5
mm beträgt.
In diesem Fall ist der Durchmesser des Flüssigkeitsströmungskanals
nahe der Ausgußöffnung vorzugsweise
0,4 – 1,2
mm größer als
der Durchmesser des Flüssigkeitsströmungskanals
nahe dem Einlaß.
Die Länge
des Flüssigkeitsströmungskanals 38 kann
zwischen beispielsweise 0,1 und 25 mm variieren. Stromabwärts der
Ausgußöffnung 36 nimmt
der Durchmesser weiter zu, in diesem Beispiel auf 3,5 mm.
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Die
Zunahme des Querschnitts (Erweiterung) in Richtung der Auslaßöffnung dient
dem Entfernen von Flüssigkeitstropfen,
die ebenfalls den Flüssigkeitsstrahl
verwirbeln können.
Bei einem Durchmesser von weniger als 2,5 mm kann zwischen dem Kaffeeextrakt
und der beispielsweise aus Polypropylen bestehenden Wand Haftung
auftreten. Dieses mögliche
Problem tritt jedoch bei Durchmessern über 2,5 mm, wie 3,5 mm im vorliegenden
Fall, nicht auf.
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In
diesem Beispiel ist die Düse 18 austauschbar
in der Aufnahmeeinheit 4 angeordnet.
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Die
Erfindung ist in keiner Weise auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele
begrenzt. Die Heißwassereinheit 10 kann
beispielsweise als Napolitana-Einheit
ausgebildet sein, wie in der Niederländischen Patentanmeldung 1006039
beschrieben.
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Das
Pufferreservoir 20 kann ebenfalls wegfallen. In diesem
Fall bildet der Boden der Behälteraufnahmeeinheit 2,
d.h. der Boden des Aufnahmeraums 6, in dem Öffnungen
der Auslässe 26a und 26b angeordnet
sind, bildet ein Pufferreservoir, in dem im Gebrauch eine Kaffeeextraktschicht
gebildet wird, wenn die jeweiligen Öffnungen der Auslässe 26a und 26b einen
ausreichend kleinen Querschnitt haben. Die Auslässe 26a und 26b entsprechen
dann auch funktionsmäßig des
Auslaßöffnungen 28a und 28b des
Pufferreservoirs 20. Im Effekt ist erneut ein Pufferreservoir
mit Auslaßöffnungen
gebildet. Die derart gebildete feinblasige Schaumschicht ist allgemein
von geringerer Qualität
als bei Verwendung des Pufferreservoirs 20, das in dem
Flüssigkeitsströmungsweg
von der Düse
zu den Auslässen 26a und 26b vorgesehen
ist.
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Derartige
Varianten fallen sämtlich
in den Rahmen der Erfindung.