Hydraulisch gesteuerte Kaffeemaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine nach dem Espresso-System arbeitende Vorrichtung zum Berei ten von Kaffee oder ähnlichen Brühgetränken, wie z. B.
Tee, bei der ein in einem Zylinder verschieb barer Arbeitskolben unter der Wirkung eines in eine Druckkammer dieses oder eines zweiten Zylinders eingelassenen Druckmittels, vorzugsweise Druckwas ser, das in eine B.rühkammer des Zylinders einge tretene heisse Brühwasser durch das Kaffeepulver oder sonstige Brühgut hindurchpresst. Um die Füllung der Brühkammer mit Brühwasser bei Beginn eines solchen Arbeitsganges zu ermöglichen,
muss der Ar beitskolben jedesmal zunächst aus seiner Ausgangs- oder Ruhestellung in seine rückwärtige oder Füll stellung zurückgeholt werden. Dies kann hydraulisch mit Hilfe eines Rückholkolbens oder mechanisch mit Hilfe einer Rückholfeder oder mit Hilfe eines sonsti gen Rückholorgans geschehen.
Wenn der Arbeits kolben diese rückwärtige End- oder Füllstellung er reicht hat, muss das Druckmittel in die Druckkam mer eingelassen werden, um die Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens umzukehren und diesen unter gleichzeitiger Herausdrückung des Brühwassers aus der Brühkammer in seine Ausgangsstellung zu ver schieben. Es wurde bereits vorgeschlagen, diesen Vorgang selbsttätig ausführen zu lassen, derart, dass z. B. die Betätigung eines Druckknopfes oder Hebels von Hand genügt, um den Arbeitskolben in seine Füllstellung zu bringen und automatisch aus der selben wieder vorzuschieben.
Bei einem solchen selbsttätigen Arbeitsvorgang kehrt der Arbeitskolben jedoch nach Erreichen seiner Füllstellung unverzüg lich wieder in seine Ausgangsstellung zurück. Dies hat sich vielfach als nachteilig erwiesen, weil sich der Arbeitskolben meist schon wieder vorschiebt, bevor die Füllung der Brühkammer mit Brühwasser be endet ist. Die Folge hiervon ist ein unzureichendes Füllvolumen. Abgesehen davon kann es erwünscht sein, das Brühwasser in der Brühkammer eine ge wisse Zeit lang auf das Brühgut einwirken zu lassen, was bei der sofortigen selbsttätigen Bewegungsum kehr des Arbeitskolbens ebenfalls nicht möglich ist.
Durch die Erfindung wird bezweckt, eine hydrau lisch gesteuerte Kaffeemaschine zu schaffen, welche trotz selbsttätiger Arbeitsweise stets die gewünschte Füllung der Brühkammer und eine beliebige Verzöge rung des Vorschubbeginnes des Arbeitskolbens aus seiner Füllstellung ermöglicht.
Die Erfindung besteht darin, dass der Ein- und der Austritt des Druckmittels in die Druckkammer der Vorrichtung durch ein Steuerorgan beherrscht wird, das je nach seiner Stellung die Druckkammer entweder mit einer Druckmittelleitung oder mit einer in einem.Raum niedrigeren Druckes, vorzugsweise in den Wasserkessel führenden Ableitung verbindet und das seinerseits durch einen Steuerkolben ver stellbar ist, dessen Zylinder eine Arbeitskammer hat,
die einerseits über ein einstellbares Drosselorgan ständig mit der Druckmittelleitung verbunden und anderseits über ein von Hand zu öffnendes Ventil zeitweilig an die in den Raum niedern Druckes führende Ableitung anschliessbar ist. Das Steuerorgan besteht vorzugsweise aus einem kleineren Steuerkol ben oder Steuerschieber, der mit dem erstgenannten grösseren Steuerkolben durch eine Kolbenstange starr verbunden ist. Dem in der Arbeitskammer herr schenden Druck, welcher auf die eine Seite des Steuerkolbens wirkt, kann auf der andern Seite des Steuerkolbens eine mechanische Kraft, z.
B: eine Feder, oder vorzugsweise eine hydraulische Kraft von annähernd konstanter Grösse entgegenwirken. Im letzteren Falle ist die der Arbeitskammer des Steuerzylinders gegenüberliegende Gegendruckkam mer zweckmässigerweise unmittelbar mit der Druck- mittelleitung verbunden. Der Zylinder des kleineren Steuerkolbens schliesst sich dann axial an diese Ge gendruckkammer an, so dass das Druckmittel auch in entgegengesetzter Richtung auf diesen kleineren Steuerkolben wirkt.
Dadurch wird erreicht, dass der grössere Steuer kolben normalerweise durch den in der Arbeitskam mer seines Zylinders herrschenden vollen Druck in seiner Ruhestellung gehalten wird, in welcher der mit ihm verbundene kleinere Steuerkolben die Verbin dung von der Druckmittelleitung in die Druckkam mer des Hauptzylinders freigibt, wodurch der Ar beitskolben in seiner Ausgangsstellung gehalten wird.
Wenn aber die Arbeitskammer durch Öffnung des Ventils von Hand mit der Ableitung verbunden wird, entweicht der überdruck aus der Arbeitskammer, und der sich unter der Wirkung des Gegendruckes verschiebende grosse Steuerkolben zieht den kleinen Steuerkolben in seine andere Endstellung, in welcher die Druckkammer des Hauptzylinders an die Ab leitung angeschlossen ist. Der Arbeitskolben bewegt sich dann unter der Wirkung der Rückholkraft in seine Füllstellung.
Obwohl nun aber das handbe tätigte Ventil schon wieder geschlossen ist, bleibt der grosse Steuerkolben zunächst in seiner verscho benen Stellung stehen, weil das Druckmittel über das Drosselorgan nur allmählich je nach dem ein gestellten Drosselquerschnitt wieder in die Arbeits kammer des grossen Steuerkolbens nachströmen kann. Erst wenn in der Arbeitskammer wieder der volle oder annähernd volle Druck erreicht ist, verschiebt sich der grosse Steuerkolben und damit auch der kleine Steuerkolben wieder in seine Ruhestellung.
Erst dann kann das Druckmittel also wieder in die Druckkammer des Hauptzylinders eindringen und den Arbeitskolben aus seiner Füllstellung in seine Ausgangsstellung drücken. Durch einfache Einregu lierung des Drosselorgans hat man es also in der Hand, den Arbeitskolben der Vorrichtung beliebig lange Zeit in seiner Füllstellung zu halten. Das aus dem Kessel kommende Brühwasser hat dann ge nügend Zeit zum Einströmen, so dass die Brühkam- mer vollständig angefüllt wird. Ausserdem kann man das Brühwasser dann in der Brühkammer beliebig lange auf das Brühgut einwirken lassen.
An der im übrigen selbsttätigen Arbeitsweise der Vorrichtung wird aber durch diese Verzögerung nichts geändert, denn wenn der notwendige Überdruck in der Arbeits kammer des Steuerzylinders erreicht ist, wird der Arbeitskolben wie bisher mit voller Kraft vorge schoben und bleibt dann automatisch in seiner Aus gangsstellung stehen, bis durch eine Betätigung des Handventils ein neuer Arbeitszyklus eingeleitet wird.
Der beliebig einstellbare Stillstand des Arbeits kolbens in seiner Füllstellung gestattet es, das Brüh wasser erst dann in die Brühkammer einströmen zu lassen, wenn der Arbeitskolben seine Füllstellung an nähernd erreicht hat. Dies kann mit Hilfe eines vom Arbeitskolben selbst betätigten Ventils geschehen, welches in die vom Kessel in die Brühkammer füh- rende Brühwasserleitung eingebaut ist. Diese und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung an Hand eines schema tischen und eines praktischen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig.l zeigt schematisch die Steuervorrichtung der Kaffeemaschine in der Ruhe- oder Ausgangs stellung.
Fig. 2 zeigt, ebenfalls schematisch, dieselbe Steuervorrichtung in der rückwärtigen End- oder Füllstellung des Arbeitskolbens.
Fig. 3 zeigt im Längsschnitt eine praktische Aus führungsform der Steuervorrichtung, und Fig.4 zeigt einen Querschnitt nach der Linie A-B der Fig. 3.
In der schematischen Darstellung nach Fig. 1 und 2 und in der konstruktiven Darstellung nach Fig. 3 und 4 sind jeweils gleiche oder äquivalente Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, um das Verständ nis der Vorrichtung zu erleichtern.
Demgemäss besteht jede Steuervorrichtung im wesentlichen aus einem Arbeitszylinder 1 mit einem Arbeitskolben 2, einem axial zu ersterem angeord neten Kraftzylinder 3 mit einem Kraftkolben 4, der mit dem Arbeitskolben 2 durch eine Kolbenstange 5 starr verbunden ist, und einem Steuerblock 6, des sen Steuereinrichtung die Bewegung des Kraftkolbens 4 und damit des Arbeitskolbens 2 zu steuern hat. Die einzelnen Zylinderräume und Steuerventilräume sind unter sich und mit einem nicht dargestellten Heisswasserkessel bzw. mit einer ebenfalls nicht dar gestellten Druckwasserquelle durch ein im folgenden näher beschriebenes Leitungssystem verbunden.
Der Arbeitszylinder 1 umschliesst eine Brühkam- mer 7, in der sich der Arbeitskolben 2 verschiebt, während der Kraftzylinder 3 eine Druckkammer 8 umgibt, in welcher sich der Kraftkolben 4 verschie ben kann. Die Brühkammer 7 wird durch ein Ver teilersieb 9 abgeschlossen, unter welchem ein in der Zeichnung nicht dargestellter Kaffeesiebhalter lösbar z. B. mittels Klauen 10 nach Art eines Bajonettver schlusses am untern Ende des Arbeitszylinders 1 befestigt werden kann.
Dem Kraftkolben 4 wirkt eine Rückholfeder 11 entgegen, die sich mit ihrem obern Ende gegen die Unterfläche des Kraftkolbens 4 und mit ihrem untern Ende gegen einen ortsfest gehaltenen, mit einer Boh rung für die Kolbenstange 5 versehenen Teller 12 einer Hülse 13 abstützt, welche an einem ringförmi gen Zylinderdeckel 14 befestigt ist. Der Arbeitskol ben 2 ist hohl ausgebildet und oben offen, so dass sich das untere, den Federteller 12 tragende Ende der Hülse bei der Aufwärtsbewegung des Arbeits kolbens 2 in letzteren einschieben kann.
In die Brühkammer 7 mündet in der obern oder Füllstellung des Arbeitskolbens 2 eine in einem seit lichen Stutzen 15 des Arbeitszylinders 1 angeordnete Bohrung 16. Zwischen einem in diese Bohrung 16 führenden Kanal 17 und einer an den Wasserkessel angeschlossenen Bohrung 18 ist ein Ventil 19 ein- geschaltet, dessen Ventilteller von einer Ventilfeder gegen einen Ventilsitz gedrückt wird.
Auf die Ventil stange 20 des Ventils 19 legt sich der äussere Arm eines um einen Drehpunkt 21 drehbaren Hebels 22, dessen innerer Arm durch einen Wandungsschlitz 23 des Arbeitszylinders 1 in die Bahn des Arbeitskol bens 2 ragt und von einer Oberkante 24 des Arbeits kolbens 2 zwecks Öffnung des Ventils 19 ver- schwenkt werden kann, wenn sich der Arbeitskolben 2 seiner obern oder Füllstellung nähert.
In dem Steuerblock 6 befindet sich eine Zylin derbohrung 25, 25', in der ein grösserer Steuerkolben 26 verschiebbar ist. Die der vordern Arbeitskammer 25 dieser Zylinderbohrung gegenüberliegende hintere Gegendruckkammer 25' geht axial in eine kleinere Zylinderbohrung 27 über, in der ein kleinerer Steuer kolben 28 verschiebbar ist, welcher mit dem grösse ren Steuerkolben 26 durch eine Kolbenstange 29 starr verbunden ist.
Die Arbeitskammer 25 steht einerseits durch eine Leitung 30 über ein Ventil 31, einen Ventilraum 32 und einen Kanal 33 mit einer in den Wasserkessel führenden Ableitung 34 in Verbindung, wenn das Ventil 31 geöffnet ist. Das Öffnen des Ventils 31 geschieht von Hand mittels eines Druckknopfes 35, der durch eine Ventilstange mit dem Ventilteller des Ventils 31 verbunden ist. Im Ruhezustand wird der Ventilteller des Ventils 31 von einer Ventilfeder gegen seinen Sitz gedrückt. Ausserdem mündet die Ableitung 34 in das hintere Ende der Zylinderboh rung 27, die ihrerseits durch eine etwa in ihrer Mitte mündende Leitung 36 mit der Druckkammer 8 des Kraftzylinders 3 in Verbindung steht.
Anderseits ist die Arbeitskammer 25 des grösse ren Steuerzylinders durch eine Leitung 37 über ein Drosselventil 38 mit einer Druckwasserleitung 39 verbunden, welche ausserdem direkt in die hintere Gegendruckkammer 25' des grösseren Steuerzylin ders mündet.
Das Drosselventil 38 kann mittels eines Dreh knopfes 40 eingestellt werden. Bei der praktischen Ausführung der Zylindergruppe gemäss Fig. 3 und 4 wird der Steuerblock 6 von einer Haube 41 über deckt, durch welche der Druckknopf 35 nach oben und der Drehknopf 40 nach der Seite herausragt.
Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung lässt sich am besten an Hand der sche matischen Darstellung gemäss Fig. 1 und 2 erläutern. Im Ruhe- oder Ausgangszustand nehmen alle Kolben und Ventile die aus Fig. 1 ersichtliche Stellung ein. In der Druckkammer 8 des Kraftzylinders 3 und in der Arbeitskammer 25 des grösseren Steuerzylinders herrscht der volle Überdruck des Druckwassers in Höhe von z. B. 6-8 atü, welcher auch in der Gegendruckkammer 25' vorhanden ist. Die Ablei tung 34 steht dagegen nur unter dem Kesseldruck in Höhe von z. B. 0,7-1 atü.
Auf das nicht dar gestellte Kaffeesieb des unter dem Verteilersieb 9 befestigten Siebhalters ist eine bestimmte Menge Kaffeepulver geschüttet worden. Um die Vorrichtung zwecks Bereitung und Aus gabe der Kaffeebrühe in Gang zu setzen, wird ledig lich der Druckknopf 35 betätigt, um das Ventil 31 zu öffnen. Dadurch wird die Arbeitskammer 25 des grösseren Steuerzylinders über die Leitung 30, den Ventilraum 32 und den Kanal 33 mit der Ableitung 34 verbunden. Infolgedessen tritt in der Arbeitskam mer 25 ein Druckabfall auf den Kesseldruck ein, während in der Gegendruckkammer 25' der Hoch druck .in voller Stärke bestehen bleibt.
Der grössere Steuerkolben 26 bewegt sich daher aus seiner linken Endstellung gemäss Fig. 1 in seine rechte Endstel lung gemäss Fig. 2 und zieht den kleineren Steuer kolben 28 über die Mündung der Leitung 36 hinweg ebenfalls nach rechts. Die Druckkammer 8 des Kraft zylinders 3 wird dadurch, wie Fig.2 zeigt, an die Ableitung 34 angeschlossen. Nun überwiegt die Kraft der Rückholfeder 11, welche den Kraftkolben 4 und damit den Arbeitskolben 2 in seine obere Stellung zurückdrückt.
Kurz vor dem Erreichen der höchsten Stellung, d. h. der Füllstellung, drückt die Kante 24 des Arbeitskolbens 2 gegen den Hebel 22, ver- schwenkt denselben und öffnet das Ventil 19, so dass heisses Brühwasser aus dem Kessel durch die Boh rung 18, den Raum 17 und die Bohrung 16 in die Brühkammer 7 des Arbeitszylinders 1 einströmen kann.
Durch entsprechende Einregulierung des Drossel ventils 38 kann nun die Zeit, in der sich die Arbeits kammer 25 des grösseren Steuerzylinders wieder mit unter Hochdruck stehendem Druckwasser auffüllt, im voraus bestimmt werden. Je nach dieser Einregu lierung vergeht eine längere oder kürzere Zeit, bis sich der grössere Steuerkolben 26 aus seiner rechten Endstellung gemäss Fig. 2 wieder in seine linke End- stellung gemäss Fig. 1 zurückbewegt.
Entsprechend lange dauert es, bis der kleinere Steuerkolben 28 die Mündung in die Leitung 36 wieder mit der Gegen druckkammer 25' und damit mit der Hochdrucklei tung 39 in Verbindung setzt. Erst dann gelangt wie der Druckwasser in den Druckraum 8 des Kraft zylinders und drückt die Kolben 4 und 2 nach unten, wobei das in der Brühkammer 7 befindliche Brüh wasser durch das Verteilersieb 9 und das Kaffee pulver hindurch in das unter dem Zylinder aufge stellte Gefäss gedrückt wird. In dieser untern Stellung bleiben die Kolben 2 und 4 stehen, bis die Vor richtung durch eine erneute Betätigung des Druck knopfes 35 wieder in Gang gesetzt wird.
Der Arbeitskolben 2 kann auch mit dem Kraft kolben 4 zu einem einzigen Kolben vereinigt sein, und anstelle der mechanischen Rückholfeder 11 kann ein hydraulisches Rückholorgan verwendet werden. Das Drosselorgan, die Steuerorgane und die Ventile können auch abweichend von dem Ausführungsbei spiel ausgebildet sein, und die Drosselung kann an einer andern Stelle des Systems vorgenommen wer den, sofern nur die regelbare Verzögerung der Vor schubbewegung des Arbeitskolbens gemäss der Er findung erreicht wird. .