[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für eine Brühgruppe einer Kaffeemaschine, insbesondere für sogenannte automatische "Espressomaschinen", bei welchen die Dosierung und Abgabe des Kaffeepulvers vor der Zubereitung des Getränks sowie die Entfernung des ausgelaugten Kaffeepulvers nach der Getränkezubereitung mehr oder weniger selbsttätig erfolgt, und die es erlauben, eine beliebige Anzahl von Portionen frischen Kaffees nacheinander zuzubereiten.
[0002] Bei dieser Art von Kaffeemaschinen wird das Kaffeegetränk in einer Brühgruppe aufbereitet. Die Brühgruppe beinhaltet eine Brühkammer, eine Anordnung zum Befüllen der Brühkammer mit Kaffeepulver und zum Ausstossen bzw. Entfernen des ausgelaugten Kaffeepulvers aus bzw. von der Brühkammer, sowie Antriebs- und Steuermittel für die genannten Anordnungen. Die Brühkammer umfasst eine zylindrische Hülse mit einem darin angeordneten, verschiebbaren Kolben und ein Verschlussorgan mit dem die Hülse dichtend verschliessbar ist. Dadurch ist in der Hülse ein Kammerraum gebildet, der zur Aufnahme des Getränkepulvers dient und als Brühkammer bezeichnet wird. Für die Zubereitung eines Kaffegetränkes wird zunächst die Brühkammer mit Kaffeepulver befüllt. Der Kolben presst das Kaffepulver in der Brühkammer zusammen.
Anschliessend wird heisses Wasser unter Druck von beispielsweise 8 bis 10 bar in die Brühkammer geleitet, wo das darin befindliche Getränkepulver aufgebrüht und das fertige Getränk durch einen Auslass ausfliesst. Nach der Zubereitung des Getränkes wird der Pulverkuchen ausgestossen und der Kolben fährt in die Ausgangsposition. Danach ist die Maschine für die Zubereitung des nächsten Getränkes bereit. Während des Brühvorganges herrscht in der Brühkammer ein Überdruck von etwa 8 bis 10 bar. Um die Brühkammer abzudichten sind am Kolben und am Verschlussorgan Dichtungselemente angeordnet, welche dem Überdruck in der Brühkammer standhalten müssen. Diese Dichtungselemente am Verschlussorgan und Kolben werden einerseits thermisch durch die in der Brühkammer herrschende Temperatur stark beansprucht.
Andererseits unterliegt insbesondere das Dichtungselement des Kolbens aufgrund der Hubbewegungen einer zusätzlichen mechanischen Belastung und Abnutzung. Fein gemahlenes, mehlartiges Kaffeepulver legt an der Innenwand der Buchse der Brühkammer an und wird durch den in der Kammer herrschenden Überdruck gegen das Dichtungselement gedrückt. Bei den Hubbewegungen des Kolbens wirkt dieses Gemisch aus Heisswasser und Kaffeemehl wie Schmirgel, was zusammen mit der thermischen Belastung zu einer Versprödung des Dichtungselementes führt, und der Kolben schwergängig und schliesslich nicht mehr dichtend in der Buchse geführt ist. Es kommt zu einer Leckage und die Dichtung muss ersetzt werden.
[0003] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolben für eine Brühgruppe für eine Kaffeemaschine der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die vorerwähnten Nachteile weitgehend ausgeschaltet sind und eine deutlich höhere Lebensdauer der Dichtungselemente erreicht wird.
[0004] Diese Aufgabe wird durch einen Kolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels insbesondere unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen erläutert.
[0005] Es zeigt die
<tb>Fig. 1<sep>eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Kolbens im Brühzylinders einer Brühgruppe im Querschnitt;
<tb>Fig. 2<sep>eine Schnittzeichnung einer beispielsweisen Ausführung des Kolbens.
[0006] In den Figuren sind für dieselben Elemente jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet worden und erstmalige Erklärungen betreffen alle Figuren, wenn nicht ausdrücklich anders erwähnt.
[0007] In der Fig. 1 sind die prinzipiellen Elemente des erfindungsgemässen Kolbens für eine Brühgruppe einer automatischen Kaffeemaschine in einer schematischen Darstellung im Querschnitt gezeigt. An Hand dieser Darstellung soll das Prinzip des erfindungsgemässen Kolbens und dessen Funktionsweise erläutert werden. Der Kolben 1 ist in einem Brühzylinder 10 geführt und weist zwei parallel zueinander angeordnete Dichtungselemente 3, 5 auf. Die Zuleitung des Heisswassers in die Brühkammer 9 im Brühzylinder 10 erfolgt über den Heisswasseranschluss 6 und eine Leitung 8 im Kolben 1, die an der mit einem Sieb 2 abgedeckten Kolbenoberseite in Richtung Brühkammer 9 mündet.
Weiter weist der Kolben 1 wenigstens eine Bohrung auf, die so angeordnet ist, dass sie einen Verbindungskanal 7 zwischen der Heisswasserzuleitung und der Kolbenseitenwand 13 bildet und im Bereich zwischen den zwei parallel angeordneten Dichtungselementen 3, 5 mündet. Die Heisswasserzuleitung kann entweder durch eine Verbindung mit der Leitung 8 im Innern des Kolben 1 erfolgen, oder beispielsweise über einen zweiten Heisswasseranschluss am Kolben 1 neben dem Anschluss 6 für die Brühwasserzuleitung zur Leitung 8. Befindet sich der Kolben 1 vollständig innerhalb des Brühzylinders 10, so ergibt sich begrenzt von den Dichtungselemente 3, 5, der Innenwand des Brühzylinders 10 und der Seitenwand 13 des Kolbens 1 eine ringförmige Kammer 12. Wird nun ein Kaffee bezogen, fährt der Kolben 1 soweit in den Brühzylinder 10 ein, dass das untere Dichtungselement 5 im Brühzylinder 10 ist.
Beim Einspritzen des heissen Wassers strömt dieses einerseits über die Leitung 8 und das Sieb 2 in die Brühkammer und andererseits über den Kanal 7 in die ringförmige Kammer 12. In der ringförmigen Kammer 12 herrscht nun während des Brühvorganges, also solange Wasser zuströmt, der Druck p1, welcher dem Druck des zugeführten Brühwassers entspricht. In der Brühkammer 9 staut zunächst das Brühwasser, brüht den Kaffee und fliesst über den Auslass ab. Der Druck p2 in der Brühkammer 9 ist daher immer kleiner als der Druck p1 des zugeführten Wassers und somit auch kleiner als der Druck p2 in der ringförmigen Kammer 12.
Die Folge davon ist, dass das Dichtungselement 3 nur einer geringen Druckdifferenz zwischen der Brühkammer 9 und der ringförmigen Kammer 12 ausgesetzt ist, und im Falle von Undichtigkeit des Dichtungselementes 3 Brühwasser aus der ringförmigen Kammer 12 in die Brühkammer 9 strömt. Dadurch wird die Innenwand des Brühzylinders 10 ausserhalb der Brühkammer 9 von Kaffeemehl 11 freigehalten und das in die ringförmige Kammer 12 eingespritzte Wasser fungiert zusätzlich als Gleitmittel während der Bewegung des Kolbens 1. Das untere Dichtungselement 5 dichtet den Kolben 1 gegen aussen ab.
[0008] Die Fig. 2 zeigt eine beispielsweise Ausführung des erfindungsgemässen Kolbens 1 in einer Schnittdarstellung. Zu erkennen ist am Kolben 1 der Anschluss 6 für das Brühwasser, das über die Leitung 8 und das Sieb 2 in die Brühkammer geleitet wird. Der Kanal 7 verbindet die Leitung 8 mit der Mündung an der Seitenwand 13 des Kolbens 1. Das obere Dichtungselement wird von einem Dichtungspaar 3a, 4 gebildet. Die äussere Dichtung 3a besteht aus einem festen, formbeständigen Dichtungsmaterial wie beispielsweise einer Turcon<(R)>-Dichtung. Diese Dichtung 3a ist mit einem Silikon-O-Rinq 4 flexibel gelagert. Der hinterlegte O-Ring 4 übernimmt die Aufgabe der Pufferung beim Bewegen des Kolbens 1 im Dichtungsebene mit der Dichtung 5 besteht aus einem Silikon O-Ring.
Im Ruhezustand befindet sich der Kolben in einer unteren Position, bei der sich die untere Dichtung 5 ausserhalb des Brühzylinders befindet. Damit wird die Dichtung 5 nicht beheizt und der thermische Alterungsprozess enorm reduziert.
[0009] Durch die zwei übereinander angeordneten Dichtungselemente 3, 5 am Kolben 1 und der Zuführung von Wasser in die ringförmige Kammer 12, von der Innenwand des Brühzylinders 10 und der Seitenwand 13 des Kolbens 1 sowie von den beiden Dichtungselementen 3, 5 gebildet ist, wird eine wesentliche Erhöhung der Lebensdauer der Kolbenabdichtung erreicht. Die obere Dichtung 3a ist hitzebeständig und hat lediglich eine geringe Druckdifferenz abzudichten. Aufgrund der Eigenschaften der oberen Dichtung streift diese das Kaffeemehl von der Innenseite des Brühzylinders ab, so dass die untere Dichtung nicht mit Kaffeemehl in Berührung kommt. Die untere Dichtung wird thermisch nur während des Brühvorganges beansprucht. Nach dem Brühvorgang befindet sie sich ausserhalb des Brühzylinders und wird nicht beheizt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Kolbens ist, dass die Innenwand des Brühzylinders in der ringförmigen Kammer 12 mit Brühwasser benetzt wird, was einerseits reinigend und andererseits wie ein Schmiermittel wirkt. Aufgrund des höheren Drucks p1 in der ringförmigen Kammer 12 gegenüber dem Druck p2 in der Brühkammer wird bei Undichtigkeit des oberen Dichtungselementes 3 Brühwasser in die Brühkammer 9 gedrückt.
The present invention relates to a piston for a brewing group of a coffee machine, in particular for so-called automatic "espresso machines", in which the metering and dispensing of the coffee powder before the preparation of the drink and the removal of the leached coffee powder after the beverage preparation more or less automatically , and which make it possible to prepare any number of portions of fresh coffee one after the other.
In this type of coffee machines, the coffee beverage is processed in a brewing group. The brewing group includes a brewing chamber, an arrangement for filling the brewing chamber with coffee powder and for ejecting or removing the leached coffee powder from or from the brewing chamber, as well as drive and control means for the said arrangements. The brewing chamber comprises a cylindrical sleeve with a displaceable piston arranged therein and a closure member with which the sleeve can be sealingly closed. As a result, a chamber space is formed in the sleeve, which serves to receive the beverage powder and is referred to as a brewing chamber. For the preparation of a coffee beverage, first the brewing chamber is filled with coffee powder. The piston compresses the coffee powder in the brewing chamber.
Subsequently, hot water is passed under pressure, for example, 8 to 10 bar in the brewing chamber, where the beverage powder therein brewed and the finished beverage flows out through an outlet. After the preparation of the beverage, the powder cake is expelled and the piston moves to the starting position. Then the machine is ready for the next drink. During the brewing process prevails in the brewing chamber, an overpressure of about 8 to 10 bar. To seal the brewing chamber sealing elements are arranged on the piston and on the closure member, which must withstand the overpressure in the brewing chamber. These sealing elements on the closure member and piston are on the one hand heavily stressed by the temperature prevailing in the brewing chamber.
On the other hand, in particular subject to the sealing element of the piston due to the lifting movements of an additional mechanical stress and wear. Finely ground, flour-like coffee powder attaches to the inner wall of the sleeve of the brewing chamber and is pressed by the pressure prevailing in the chamber against the sealing element. During the strokes of the piston, this mixture of hot water and ground coffee acts as emery, which together with the thermal stress leads to embrittlement of the sealing element, and the piston is stiff and finally no longer guided sealingly in the socket. There is a leak and the seal has to be replaced.
It is the object of the present invention, a piston for a brewing group for a coffee machine of the type mentioned in such a way that the aforementioned disadvantages are largely eliminated and a significantly higher life of the sealing elements is achieved.
This object is achieved by a piston having the features of patent claim 1. Further features and advantages of the present invention will be explained with reference to the following description of a preferred embodiment, in particular with reference to the accompanying drawings.
It shows the
<Tb> FIG. 1 <sep> is a schematic representation of the piston according to the invention in the brewing cylinder of a brewing group in cross section;
<Tb> FIG. 2 <sep> is a cross-sectional view of an exemplary embodiment of the piston.
In the figures, the same reference numerals have been used for the same elements and first explanations relate to all figures, unless expressly stated otherwise.
In Fig. 1, the principal elements of the inventive piston for a brewing group of an automatic coffee machine are shown in a schematic representation in cross section. On the basis of this illustration, the principle of the inventive piston and its operation will be explained. The piston 1 is guided in a brewing cylinder 10 and has two sealing elements 3, 5 arranged parallel to one another. The supply of hot water into the brewing chamber 9 in the brewing cylinder 10 via the hot water connection 6 and a line 8 in the piston 1, which opens at the covered with a sieve 2 piston top toward brewing chamber 9.
Further, the piston 1 at least one bore which is arranged so that it forms a connecting channel 7 between the hot water supply line and the piston side wall 13 and in the region between the two parallel sealing elements 3, 5 opens. The hot water supply can be done either by a connection with the line 8 in the interior of the piston 1, or for example via a second hot water connection on the piston 1 next to the connection 6 for the Brühwasserzuleitung to line 8. If the piston 1 is completely within the brewing cylinder 10, so results limited by the sealing elements 3, 5, the inner wall of the brewing cylinder 10 and the side wall 13 of the piston 1, an annular chamber 12. Now a coffee based, the piston 1 moves so far into the brewing cylinder 10 that the lower sealing element 5 in Brewing cylinder 10 is.
When injecting the hot water this flows on the one hand via the line 8 and the wire 2 in the brewing chamber and on the other hand via the channel 7 in the annular chamber 12. In the annular chamber 12 now prevails during the brewing process, so long as water flows, the pressure p1 , which corresponds to the pressure of the supplied brewing water. In the brewing chamber 9, the brewing water initially brews, brews the coffee and drains off via the outlet. The pressure p2 in the brewing chamber 9 is therefore always smaller than the pressure p1 of the supplied water and thus also smaller than the pressure p2 in the annular chamber 12th
The consequence of this is that the sealing element 3 is exposed to only a slight pressure difference between the brewing chamber 9 and the annular chamber 12, and in the case of leakage of the sealing element 3 brewing water flows from the annular chamber 12 into the brewing chamber 9. Thereby, the inner wall of the brewing cylinder 10 is kept outside the brewing chamber 9 of ground coffee 11 and injected into the annular chamber 12 water additionally acts as a lubricant during the movement of the piston 1. The lower sealing member 5 seals the piston 1 from the outside.
Fig. 2 shows an example embodiment of the inventive piston 1 in a sectional view. It can be seen on the piston 1, the port 6 for the brewing water, which is passed via the line 8 and the wire 2 into the brewing chamber. The channel 7 connects the line 8 with the mouth on the side wall 13 of the piston 1. The upper sealing element is formed by a pair of seals 3 a, 4. The outer seal 3a is made of a strong, dimensionally stable sealing material such as a Turcon® (R) seal. This seal 3a is flexibly supported by a silicone O-Rinq 4. The deposited O-ring 4 takes over the task of buffering when moving the piston 1 in the sealing plane with the seal 5 consists of a silicone O-ring.
At rest, the piston is in a lower position, in which the lower seal 5 is outside the brewing cylinder. Thus, the seal 5 is not heated and greatly reduces the thermal aging process.
Formed by the two superimposed sealing elements 3, 5 on the piston 1 and the supply of water in the annular chamber 12, of the inner wall of the brewing cylinder 10 and the side wall 13 of the piston 1 and of the two sealing elements 3, 5 a substantial increase in the life of the piston seal is achieved. The upper seal 3a is heat-resistant and has only a small pressure difference to seal. Due to the properties of the upper seal, this wipes the ground coffee from the inside of the brewing cylinder, so that the lower seal does not come into contact with ground coffee. The lower seal is thermally stressed only during the brewing process. After brewing, it is outside the brewing cylinder and is not heated.
Another advantage of the inventive piston is that the inner wall of the brewing cylinder is wetted in the annular chamber 12 with brewing water, which on the one hand cleaning and on the other hand acts as a lubricant. Due to the higher pressure p1 in the annular chamber 12 relative to the pressure p2 in the brewing chamber 3 brewing water is pressed into the brewing chamber 9 in case of leakage of the upper sealing element.