CH662494A5 - Elektrische kaffeemaschine mit einem zentrifugalfilter. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrische Kaffeemaschine mit einem Zentrifugalfilter, insbesondere Espressomaschine, bei der der Zentrifugalfilter mit einem Antriebsmotor gekuppelt ist und Brühwasser mittels eines daran angeordneten mitrotierenden, sich nach oben erweiternden Hohlkegels aus einer darunter angeordneten, beheizbaren Wasserschale aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkegel (24) eine Innenwandfläche besitzt, die mit der Rotationsachse (16) einen Winkel von 0,5—10° einschliesst und von der sich Rippen (27,28) bis unterhalb des maximalen Wasserspiegels in der Wasserschale (8) bei Bereitung einer Tasse Kaffee erstrecken.

2. Kaffeemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (27,28) an ihrem unteren Ende etwa bündig mit dem Hohlkegel (24) anschliessen.

3. Kaffeemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (27,28) sich im wesentlichen über die ganze Höhe des Hohlkegels (24) erstrecken.

4. Kaffeemaschine nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (27,28) sich in zur Rotationsachse radialen Ebenen erstrecken.

5. Kaffeemaschine nach einem der Ansprüche 1—4, gekennzeichnet durch mindestens 3, vorzugsweise 6 Rippen (27,28).

6. Kaffeemaschine nach einem der Ansprüche 1 — 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebsmotor ein Kommu-tator-Motor insbesondere ein Einphasen-Reihenschlussmo-tor (18) dient.

7. Kaffeemaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebsmotor ein Permanentmagnet-Motor dient.

8. Kaffeemaschine nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (18) eine Flügelbremse (42) antreibt.

9. Kaffeemaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Kühlgebläse (42) aufweist, das als Flügelbremse dimensioniert ist.

10. Kaffeemaschine nach einem der Ansprüche 1—9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandfläche des Förderkegels (24) mit der Rotationsachse (16) einen Winkel von etwa 1° bis 6° und insbesondere von etwa 3° einschliesst.

11. Kaffeemaschine nach einem der Ansprüche 1 — 10, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Ende des Hohlkegels (24) in einem Abstand von mindestens etwa 3 mm und insbesondere etwa 4 mm über der Bodenfläche der Wasserschale (8) im Ansaugbereich angeordnet ist.

Die Neuerung betrifft eine elektrische Kaffeemaschine mit einem Zentrifugalfilter, der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Art.

Bei derartigen Kaffeemaschinen ist es zur Erzielung einer guten Ausnutzung des Kaffeemehls und zur Vermeidung von Unwuchten wichtig, dass das Kaffeemehl sich beim Anlaufen des Motors gut im Zentrifugalfilter verteilt. Dabei kann sich das trockene, noch rieselfahige Kaffeemehl wesentlich besser verteilen, als ein bereits angefeuchtetes Kaffeemehl. Da die Fördereinrichtung jedoch fest mit dem Zentrifugalfilter verbunden ist und mit diesem zu rotieren beginnt, besteht das Problem, dass zu schnell Brühwasser in den Zentrifugalfilter zugeführt wird und den Verteilungsvorgang beendet. Diese Problematik tritt besonders stark bei Geräten mit kurzer Fördervorrichtung z. B. einem kurzen Hohlkegel auf. Die ungleichmässige Verteilung des Kaffeemehls führt nicht nur zu einer ungleichmässigen Ausnutzung desselben, sondern aufgrund der dadurch entstehenden Unwuchten unter Umständen auch zu Schwingungen, die die Betriebsdrehzahl während des Brühvorganges herabsetzen, wodurch ebenfalls die Qualität des bereiteten Kaffees gemindert wird.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kaffeemaschine der gattungsgemässen Art zu schaffen, die bei kurzer Zubereitungszeit einen guten Kaffee, insbesondere einen guten Espresso-Kaffee bereitet und insbesondere Störungen des Betriebes und Belastungen des Gerätes durch Unwuchten vermindert.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäss gelöst durch die Merkmalskombination des Kennzeichens des Anspruches 1.

Durch diese Massnahmen wird der Anlauf der Wasserförderung soweit verzögert, dass eine gute Verteilung und Vorverdichtung des im wesentlichen trockenen Kaffeemehls vor einer erheblichen Wasserförderung erzielt wird. Ferner sind auf diese Weise günstige Arbeitsdrehzahlen von etwa 5.000 bis etwa 7.000 Umdrehungen pro Minute während des Brühvorganges realisierbar, ohne dass die Wasserförderung zu früh in erheblichem Masse einsetzt. Als Grenzfall des Hohlkegels ist auch ein zylindrisches Förderrohr denkbar, bei dem ebenfalls bereits unter der Zentrifugalwirkung eine Förderung erreicht wird. Die genannten Winkel sind zwischen der vertikalen bzw. der Rotationsachse und einer Seite der kegeligen Innenwand des Hohlkegels gemessen. Der gesamte Kegelwinkel beträgt das doppelte.

Die Rippen im Hohlkegel tauchen unter die sich vor Beginn der Wasserförderung im Hohlkegel ausbildende Wasseroberfläche ein. Vorzugsweise schliessen die Rippen jedoch an ihrem unteren Ende etwa bündig mit dem Hohlkegel ab, wodurch besonders günstige Ergebnisse erzielt werden. Zweckmässigerweise erstrecken die Rippen sich im wesentlichen über die ganze Höhe des Hohlkegels, wodurch eine um den ganzen Umfang verteilte gleichmässige Abgabe des Brühwassers in den Zentrifugalfilter erreicht wird. Auch die Zahl der Rippen spielt eine Rolle, wobei mindestens 3 Rippen vorhanden sein sollten, ein besonders günstiger Effekt aber erst mit 6 Rippen erzielt wird. Es können auch mehr Rippen vorhanden sein, wobei jedoch eine gewisse Mindestdicke der Rippen und der vorhandene Raum der Rippenzahl Grenzen setzen. Die Rippen erstrecken sich zweckmässigerweise radial, im wesentlichen in vertikalen, die Rotationsachse in deren ganzer Länge schneidenden Ebenen. Es sind jedoch auch gewundene Rippen verwendbar. Die Rippen können in ihrem unteren Bereich ganz leicht so gewunden sein, dass sie als Schaufeln der normalen Förderrichtung entgegen wirken und ihre die Förderung verhindernde Wirkung mit zunehmender Drehzahl durch die Förderwirkung des Hohlkegels überwunden werden muss, die auf der Zentrifugalkraft beruht.

Als Antriebsmotor dient zweckmässigerweise ein Kommutator-Motor, der als Nebenschluss- oder Hauptschluss-Motor mit oder ohne Permanentmagneterregung ausgebildet sein kann. Dieser Motor kann auch mit einer niedrigeren Spannung als der Netzspannung betrieben werden, die vorzugsweise am Heizwiderstand der Wasserschale abgegriffen wird.

Alle diese Motorarten zeichnen sich durch ein hohes Anlaufdrehmoment und dadurch eine starke Anfangsbeschleunigung aus, die sich besonders günstig auf eine gute Verteilung des trockenen Kaffeemehls auswirkt, da dieses im stark beschleunigten Zentrifugalfilter zum Gleiten, d.h. zu Relativbewegungen zum Zentrifugalfilter gebracht wird. Ein Problem besteht jedoch darin, dass die Betriebsdrehzahlen bei dieser Motorenart bei starker Auslegung des Motors zur Erzielung einer besonders guten Beschleunigung zu hoch werden. Daher wird zweckmässigerweise zur Begrenzung der

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Arbeitsdrehzahl eine Flügelbremse vom Motor angetrieben, die Überschreitung der günstigen Betriebsdrehzahlen während des Brühvorganges verhindert und damit mechanische Überlastungen des Gerätes, die in höheren Drehzahlbereichen im Leerlauf z.B. durch Schwingungen auftreten können, vermeidet. Vorzugsweise ist das Kühlgebläse des Motors überdimensioniert ausgebildet, um als Flügelbremse zu wirken. Bei geeigneter Anordnung kann hierdurch gleichzeitig eine besonders starke Luftumwälzung im Gerätegehäuse erzielt werden, die die thermische Belastung der Kunststoffteile des Gehäuses durch die Heizung der Wasserschale wesentlich vermindern kann.

Das untere Ende des Hohlkegels kann in einem Abstand von mindestens etwa 3 mm über der Bodenfläche der Wasserschale im Ansaugbereich angeordnet sein und ragt vorzugsweise in eine Vertiefung der Wasserschale, um das Wasser aus dieser möglichst vollständig aufzunehmen. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen dem Boden der Wasserschale im Ansaugbereich und dem unteren Ende des Hohlkegels etwa 4 mm.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Figur 1 eine Kaffeemaschine mit Zentrifugalfilter in einem vertikalen Schnitt im wesentlichen entlang der Rotationsachse, wie durch die Linie I—I in Figur 2 angedeutet;

Figur 2 einen Schnitt im wesentlichen entlang der Linie II—II in Figur 1, in vergrössertem Massstab, und

Figur 3 ausschnittsweise einen Schnitt im wesentüchen entlang der Linie III—III in Figur 2.

Die in der Zeichnung dargestellte elektrische Kaffeemaschine weist ein Sockelgehäuse 2 mit einer seitlich daran ausgebildeten Stellfläche 4 für zwei Kaffeetassen 6 nebeneinander auf. Auf dem Sockelgehäuse ruht eine insgesamt napf-kuchenförmige Wasserschale 8 mit einem zur Mitte hin abfallenden Boden 10, an dessen Unterseite eine elektrische Heizung 12 angeordnet ist. Im mittleren Bereich geht der Boden 10 in einen in der Schale nach oben ragenden Rohransatz 14 über, durch den sich eine vertikale Welle 16 eines Elektromotors 18 erstreckt, der von Trägern 20 gehalten ist, die an der Unterseite des Bodens 10 der Wasserschale 8 ausgebildet sind.

Ein Zentrifugalfilter 22 besitzt einen nach unten in die Wasserschale ragenden Hohlkegel 24, der als Fördereinrichtung für das Brühwasser dient. Auf der Motorwelle 16 ist drehfest ein Mitnehmer 25 befestigt, der mit einem sich innen und aussen schwach konisch nach unten erweiternden Aussenmantel über den Rohransatz 14 der Wasserschale 8 nach unten bis in den Bodenbereich der Wasserschale ragt. Der Hohlkegel 24 besitzt von seiner Innenseite vorspringend drei sich über seine ganze Höhe erstreckende Zentrierrippen 27, deren Innenkanten die gleiche Konizität relativ zur Rotationsachse aufweisen wie der Aussenmantel des Mitnehmers 25 und die auf diesen Aussenmantel von oben aufgedrückt sind. Zwischen zwei Zentrierrippen 27 liegt jeweils eine weitere Rippe 28, die nicht ganz bis zum Aussenmantel des Mitnehmers 25 vorspringt. Die zusätzlichen, nicht der Zentrierung dienenden Rippen 28 dienen dazu eine grössere Zahl von vertikalen Kanälen im Hohlkegel 24 auszubilden, um eine möglichst gleichmässige Verteilung der Brühwasserab-fuhr um den Umfang zu erzielen. Nach oben ist der Hohlkegel durch einen Deckel 29 verschlossen, wobei zwischen dem Hohlkegel 24 und dem Deckel ein Ringspalt 54 zur Abgabe des Brühwassers auf das Kaffeemehl offen bleibt. Der Dek-kel 29 ist drehfest an den Rippen 27 und 28 verankert und besitzt an seiner Innenseite eine Kupplungsverzahnung, die mit einer Kupplungsverzahnung 26 am oberen Ende des Mitnehmers 25 lösbar in Eingriff ist.

Auf dem oberen Rand der Wasserschale 8 sitzt ein ringförmiger Sammelraum 30 mit einem zur Stellfläche 4 für die Kaffeetassen 6 hin abfallenden Boden 32 und einem etwa radial nach aussen ragenden Ablaufkanal 34, der sich zu zwei Aüsläufen 36 verzweigt, von denen in der Zeichnung nur einer zu sehen ist. Auf dem Sammelraum 30 ruht ein Deckel 38 mit einer nach unten ragenden zylindrischen Ringwand 40 die nach unten in den ringförmigen Sammelraum 30 hineinragt und den aus dem Zentrifugalfilter abgeschleuderten Kaffee auffangt und in den Ringraum hinunter ableitet.

Figur 3 zeigt wie der Hohlkegel 24 in seinem unteren Endabschnitt an der Aussenseite eine verstärkte Konizität aufweist und dadurch schneidenartig verjüngt ist, so dass an seinem untersten Ende 31 die Wandstärke nur noch eine sehr geringe Dicke aufweist. Die Wandstärke an der Stelle 31 muss gerade noch ausreichend stark sein um beim Reinigen des Zentrifugalfilters nicht zu leicht beschädigbar zu sein.

Ein unterer Endabschnitt 41 der Welle 16 des Elektromotors 18 ragt nach unten aus dem Motor heraus und trägt ein Kühlgebläse 42. Ein vier-flügliges Axialgebläse 43 fördert Luft durch den Elektromotor 18 zu dessen Kühlung. Vier von den äusseren Enden der Flügel des Axialgebläses nach oben ragende Arme 44 tragen ein horizontal um den Motor 18 rotierendes Radialgebläse 45, das im Sockelgehäuse 2 eine intensive, durch Pfeile angedeutete Luftumwälzung bewirkt. Unterhalb der beheizten Wasserschale 8 weist das Sockelgehäuse um den Umfang verteilte Zuluftöffnungen 46 und in Höhe des Radialgebläses 45 um den Umfang verteilte Abluftöffnungen 47 auf. Im Boden des Sockelgehäuses 2 sind Wasserablauföffnungen 49 ausgebildet, die ebenfalls als Zuluftöffnungen dienen. Die Abluftströmung und die Zuluft-strömungen betragen jeweils nur einen Teil des pro Zeiteinheit vom Gebläse geförderten Luftvolumens. Durch die schnelle Luftumwälzung im Sockelgehäuse 2 und den Luftaustausch wird das Sockelgehäuse vor allem in seinem der Wasserschale benachbarten Bereich so intensiv gekühlt, dass trotz der Wärmebelastung durch die Heizung 12 dafür ein preiswerter Kunststoff relativ geringer Temperaturbeständigkeit verwendet werden kann.

Bei dem Elektromotor 18 handelt es sich um einen Ein-phasen-Reihenschlussmotor mit einer Aufnahmeleistung von 65 W+/ im 30% Arbeitsbereich zwischen etwa 5.000 und etwa 7.000 Umdrehungen pro Minute, wobei die Motorwicklung dieses Universalmotors so ausgelegt ist, dass die maximale Abgabeleistung in diesem Bereich liegt. Das Kühlgebläse 42 verhindert, dass die Drehzahl wesentlich über 7.000 Umdrehungen pro Minute steigt. Die Abgabeleistung des Motors bei den Betriebsdrehzahlen zwischen 5.000 und 7.000 Umdrehungen pro Minute beträgt etwa 20 — 25 W. Der Zentrifugalfilter 22 ist für die Bereitung von maximal 2 Tassen Espressokaffee in einem Brühvorgang ausgelegt.

Die Rippen 27 und 28 im Hohlkegel 24 erstrecken sich in zur Rotationsachse radialen Ebenen und reichen bis zum unteren Ende des Hohlkegels 24 hinunter, das 4 mm über dem mittleren, abgesenkten Bodenbereich des Bodens 10 der Wasserschale 8 endet.

Im folgenden wird die Funktion der Kaffeemaschine beschrieben. Bei abgenommenem Deckel 38 und von der Welle 16 abgezogenem Zentrifugalfilter 22 wird Frischwasser von oben in die Wasserschale 8 eingegossen. Dann wird nach Abnehmen des Deckels 50 des Zentrifugalfilters 22 das Kaffeemehl 52 in diesen eingefüllt. Dann wird der Zentrifugalfilter auf die Welle 16 gesteckt und der Deckel 38 aufgesetzt und es werden zwei Tassen 6 unter die Ausläufe 36 auf die Stellfläche 4 gesetzt. Nach Einschalten des Gerätes wird zuerst nur die Heizung 12 in Gang gesetzt. Sobald ein nicht dargestellter Regler feststellt, dass das Wasser heiss genug ist wird der Motor 18 eingeschaltet und beschleunigt den Zen5

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trifugalfilter 22. Dabei wird zuerst das Kaffeemehl 52 wie dargestellt ringförmig verteilt. Sobald eine genügende Drehzahl erreicht ist, beginnt der Hohlkegel 24 zu fördern und schleudert das Brühwasser durch den Ringspalt 54 an seinem oberen Ende auf den Ring 25 aus Kaffeemehl. Der bereitete Kaffee tritt aus dem Zentrifugalfilter 22 durch einen Ringspalt 56 aus und wird von der Ringwand 40 des Deckels 38

gefangen und nach unten in den Sammelraum 30 geleitet, von wo er durch den Kanal 34 und die Ausläufe 36 in die Kaffeetassen 6 fliesst. Ein an der Unterseite der Wasserschale 8 angeordneter Temperaturbegrenzer 60 spricht beim Ansteigen der Temperatur der Wasserschale bei deren Trockengehen an und schaltet die Heizung und den Motor ab.

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1 Blatt Zeichnungen