CH719856A1 - Kaffeemaschine und verfahren zum zubereiten eines kaffeegetränks. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kaffeemaschine, enthaltend eine Maschineneinheit mit einem zwischen einer Ausgangsposition (AK) und einer Brühposition (BK) beweglich gelagerten Brühkolben (4), einem über eine Steuerungseinrichtung steuerbaren Kolbenantrieb zum Bewegen des Brühkolbens (4) von der Ausgangsposition (AK) in die Brühposition (BK), einer Wasseraufbereitungseinrichtung mit einem Wassertank, einer Wasserpumpe und einer Heizeinheit zum Erzeugen und Abgeben von heissem Brühwasser unter Druck in eine Brühkammer (3), sowie mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Kaffeemaschine. Die Kaffeemaschine enthält eine Arretiereinrichtung (11) mit mindestens einem Arretierkörper (13) zum Arretieren des Brühkolbens (4) in der Brühposition (BK).

Description

[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Kaffeemaschinen und betrifft eine Kaffeemaschine zum Herstellen, insbesondere Brühen eines Kaffeegetränks gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen, insbesondere Brühen eines Kaffeegetränks.

[0002] Es sind eine Vielzahl unterschiedlicher Systeme von Kaffeemaschinen zur Herstellung bzw. Brühen eines Kaffeegetränks bekannt. Neben den bekannten Kapselmaschinen, bei welchen das Kaffeepulver in Kapseln vorportioniert der Kaffeemaschine zugeführt wird, gibt es auch Systeme, bei welchen das Kaffeepulver für jeden Brühvorgang in einen Kaffeeaufnahmeraum portioniert eingefüllt wird. Bei diesen Systemen unterscheidet man zwischen den halbautomatisch arbeitenden Kaffeemaschinen, den so genannten Halbautomaten, und den vollautomatisch arbeitenden Kaffeemaschinen, den so genannten Vollautomaten.

[0003] Unter den Halbautomaten sind insbesondere die so genannten Siebträgermaschinen bekannt. Diese zeichnen sich durch einen manuell abnehmbaren Siebträger aus, welcher den Kaffeeaufnahmeraum ausbildet, der gegen unten durch das Brühsieb abgeschlossen wird. Das Befüllen des Siebträgers mit Kaffeepulver als auch das Entfernen des Kaffeetresters nach dem Brühvorgang aus dem Siebträger geschieht ausserhalb der Kaffeemaschine. Hierzu wird der Siebträger manuell von der Kaffeemaschine abgenommen.

[0004] Die Vollautomaten unterscheiden sich von den Halbautomaten dadurch, dass das Bereitstellen des Kaffeepulvers bzw. das Befüllen des Kaffeeaufnahmeraums mit Kaffeepulver vor dem Brühvorgang ein vollautomatisch integrierter Vorgang innerhalb der Kaffeemaschine ist. Ferner wird auch der Kaffeetrester nach Ende des Brühvorganges vollautomatisch in einen integrierten Auffangbehälter in der Kaffeemaschine ausgestossen. Entsprechend umfassen Vollautomaten keinen abnehmbaren Siebträger.

[0005] Die Bereitstellung des Kaffeepulvers erfolgt bei Vollautomaten in der Regel über ein integriertes Mahlwerk, mittels welchem für jeden Brühvorgang Kaffeebohnen aus einem Speicherbehälter der Kaffeemaschine frisch gemahlen werden.

[0006] Unter Kaffeepulver ist in vorliegender Beschreibung insbesondere gemahlener Kaffee, also Kaffeemehl zu verstehen. Unter Kaffeetrester ist in vorliegender Beschreibung insbesondere der Pressrückstand nach dem Brühvorgang gemeint, welcher auch als Kaffeesatz bezeichnet wird.

[0007] Die vorliegende Erfindung betrifft nun insbesondere vollautomatisch und ganz besonders halbautomatisch arbeitende Kaffeemaschinen, wie Siebträgermaschinen. Bei diesen Kaffeemaschinen muss das Kaffeepulver vor dem Brühvorgang im Kaffeeaufnahmeraum noch angedrückt werden. Diesen Vorgang nennt man auch „Tampern“.

[0008] Das Andrücken des Kaffeepulvers im Kaffeeaufnahmeraum ist entscheidend für den nachfolgenden Brühvorgang, z. B. für die Zubereitung eines Espressos mit Crema, und beeinfluss die Zubereitungsart des gebrühten Kaffees.

[0009] Es ist bekannt, das Andrücken des Kaffeepulvers, das so genannten „Tampern“, über einen beweglichen Brühkolben auszuüben, welcher über einen Handhebel oder über einen Kolbenantrieb vollautomatisch nach unten in den Kaffeeaufnahmeraum vorgetrieben bzw. bewegt wird.

[0010] Jeder Automatisierungsschritt, wie z. B. das automatische Antreiben des Brühkolbens, erfordert jedoch zusätzliche Komponenten und Aggregate, wie Antriebe. Dadurch wird der Aufbau der Kaffeemaschine immer komplexer. Dies führt einerseits zu einem höheren Wartungsaufwand und andererseits auch zu einer höheren Störungsanfälligkeit. Ferner verteuern zusätzliche Komponenten, insbesondere Antriebe, die Kaffeemaschine.

[0011] Es ist nun eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kaffeemaschine mit hohem Grad an Automatisierung, jedoch mit möglichst wenigen Antriebseinrichtungen zum Antreiben der verschiedenen Aggregate mittels einer Steuerungseinrichtung vorzuschlagen.

[0012] Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Kaffeemaschine vorzuschlagen, welche ein definiertes, über eine Steuerungseinrichtung gesteuertes Andrücken des Kaffeepulvers auch bei unterschiedlicher Befüllung des Siebträgers mit Kaffeepulver ermöglicht.

[0013] Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Kaffeemaschine vorzuschlagen, bei welcher der beweglich geführte Brühkolben gegen ein Zurückdängen aus dem Kaffeeaufnahmeraum durch den Brühdruck in der Brühkammer während des Brühvorganges gesichert ist. Die Sicherungsmittel sollen möglichst keinen zusätzlichen Antrieb notwendig machen.

[0014] Wenigstens eine Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche, die Beschreibung und die Figuren beinhalten besondere Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung.

[0015] Die erfindungsgemässe Kaffeemaschine enthält eine Maschineneinheit mit: – einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Kaffeemaschine, – einem zwischen einer Ausgangsposition und einer Brühposition beweglich gelagerten Brühkolben, – einem über die Steuerungseinrichtung steuerbaren Kolbenantrieb zum Bewegen des Brühkolbens von der Ausgangsposition in die Brühposition, und mit – einer Wasseraufbereitungseinrichtung mit einem Wassertank, einer Wasserpumpe und einer Heizeinheit zum Erzeugen und Abgeben von heissem Brühwasser unter Druck in eine Brühkammer.

[0016] Der Brühkolben ist insbesondere entlang seiner Kolbenachse, d.h. axial, beweglich gelagert.

[0017] Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kaffeemaschine eine Arretiereinrichtung mit mindestens einem Arretierkörper zum Arretieren des Brühkolbens in der Brühposition enthält. Die Arretierung gilt insbesondere einer axialen Bewegung des Brühkolbens aus der Brühposition heraus in Richtung Ausgangsposition.

[0018] Der Brühkolben ist insbesondere Teil einer in der Maschineneinheit ausgebildeten Brüheinheit und weist einen Kolbenstempel auf. Der Kolbenstempel ist brühseitig angeordnet. Der Kolbenstempel ist insbesondere mit einem Kolbenschaft verbunden, welcher insbesondere in einem Kolbenschaftgehäuse geführt ist. Das Kolbenschaftgehäuse ist insbesondere Teil der Brüheinheit in der Maschineneinheit.

[0019] Die Brüheinheit bildet insbesondere zusammen mit dem Kaffeeaufnahmeraum und einem Brühsieb bzw. zusammen mit einer Siebträgereinrichtung eine Brühgruppe aus.

[0020] Der Brühkolben dient insbesondere dem Andrücken (Tampern) des in einen Kaffeeaufnahmeraum vorgängig eingefüllten Kaffeepulvers vor dem Brühvorgang sowie zum Schliessen des Kaffeeaufnahmeraums und zur Ausbildung einer geschlossenen Brühkammer für den nachfolgenden Brühvorgang.

[0021] Der Kaffeeaufnahmeraum bzw. die den Kaffeeaufnahmeraum ausbildende Kaffeeaufnahme ist insbesondere ortsfest bzw. unbeweglich in der Maschineneinheit angeordnet, insbesondere während des Brühvorgangs. Entsprechendes gilt folglich für die Siebträgereinrichtung, falls die Kaffeemaschine eine Siebträgermaschine ist.

[0022] Durch den Kolbenstempel kann eine Brühwassereinspeisung zum Einleiten von Brühwasser in die Brühkammer führen.

[0023] Der Kolbenantrieb kann einen Elektromotor umfassen. So kann der Brühkolben über eine Antriebsspindel vom Elektromotor angetrieben werden.

[0024] Der Kolbenantrieb kann auch einen hydraulischen Antrieb umfassen, mittels welchem über eine Hydraulikflüssigkeit, wie Wasser, in einer Druckkammer in der Brüheinheit ein hydraulischer Druck aufgebaut wird, welcher den Brühkolben in die Brühposition zu schieben bzw. vorzutreiben bzw. bewegen vermag. Der hydraulische Druck kann über eine Pumpe erzeugt werden. Der hydraulische Druck kann z. B. zwischen 2 und 3 bar betragen.

[0025] Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist die Wasserpumpe der Wasseraufbereitungseinrichtung Teil des Kolbenantriebs bzw. bildet den Kolbenantrieb aus.

[0026] Durch Aufbau eines auf den Brühkolben wirkenden (Kolben-)Wasserdrucks durch die Wasserpumpe ist der Brühkolben von der Ausgangsposition in die Brühposition bewegbar ist.

[0027] Die Wasserpumpe der Wasseraufbereitungseinrichtung hat in dieser Konstellation eine Doppelfunktion: zum einen wird mit der Wasserpumpe Brühwasser in die Brühkammer gepumpt und zum anderen wird mit derselben der Wasserpumpe (Kolben-)Wasser zum Vortreiben des Brühkolbens in eine Druckkammer in der Brüheinheit gepumpt. Als Kolbenwasser wird jenes Wasser verstanden, welches von der Wasserpumpe zwecks Aufbau eines Kolbenwasserdrucks zur Bewegung des Brühkolbens in die Kolbenwasserleitung gepumpt wird.

[0028] Die Arretiereinrichtung ist nun insbesondere über den Kolbenantrieb betätigbar. So kann die Arretiereinrichtung durch den hydraulischen Antrieb, insbesondere durch die Wasserpumpe der Wasseraufbereitungseinrichtung betätigbar sein.

[0029] Durch Aufbau eines auf die Arretiereinrichtung wirkenden Wasserdrucks, insbesondere Kolbenwasserdrucks ist der mindestens eine Arretierkörper der Arretiereinrichtung in eine Arretierstellung verschiebbar.

[0030] Der mindestens eine Arretierkörper der Arretiereinrichtung ist insbesondere indirekt durch den Kolbenwasserdruck in eine Arretierstellung verschiebbar.

[0031] Die Arretiereinrichtung ist insbesondere ein Arretiermechanismus.

[0032] Die Arretiereinrichtung enthält insbesondere ein parallel zur Kolbenachse des Brühkolbens bewegbares Betätigungselement. Der mindestens eine Arretierkörper ist durch bzw. über das Betätigungselement zum Brühkolben hin in eine Arretierstellung bewegbar.

[0033] Das Betätigungselement ist insbesondere durch den hydraulischen Druck, insbesondere Wasserdruck bzw. Kolbenwasserdruck, parallel zur Kolbenachse des Brühkolbens bewegbar.

[0034] Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist das Kolbenschaftgehäuse entlang der Kolbenachse beweglich gelagert. Dieses wirkt mit dem Betätigungselement der Arretiereinrichtung zusammen. Ferner bildet das axial beweglich gelagerte Kolbenschaftgehäuse zusammen mit dem axial beweglich gelagerten Brühkolben eine Druckkammer aus.

[0035] Das Kolbenschaftgehäuse und der Brühkolben sind nun insbesondere derart ausgelegt und wirken derart zusammen, dass ein in der Druckkammer erzeugter hydraulischer Druck, insbesondere (Kolben-) Wasserdruck den Brühkolben in axialer Richtung, insbesondere nach unten, zur Brühkammer hin in die Brühposition vortreibt bzw. bewegt und anschliessend das Kolbenschaftgehäuse unter Betätigung der Arretiereinrichtung in die entgegengesetzte, axiale Richtung, insbesondere nach oben, bewegt. Die Bewegung bzw. Verschiebung des Brühkolbens und des Kolbenschaftgehäuses erfolgen jeweils insbesondere entgegen der Rückstellkraft von Rückstellmitteln, welche eine Rückstellkraft auf den Brühkolben bzw. das Kolbenschaftgehäuse ausüben.

[0036] Das Kolbenschaftgehäuse wird insbesondere erst dann bewegt, wenn der Brühkolben die Brühposition erreicht hat und der hydraulische Druck in der Druckkammer weiter ansteigt. Das heisst, der hydraulische Druck zum Bewegen des Kolbenschaftgehäuses ist grösser als der hydraulische Druck zum Bewegen des Brühkolbens in die Brühposition.

[0037] Die Druckkammer ist insbesondere in einem oberen Abschnitt der Brüheinheit und ganz besonders oberhalb des Brühkolbens angeordnet.

[0038] Der Brühkolben begrenzt insbesondere einen unteren Abschnitt der Druckkammer, derart dass der Kolbendruck in der Druckkammer den Brühkolben axial nach unten in Richtung Kaffeeaufnahmeraum zu schieben bzw. bewegen vermag.

[0039] Das Kolbenschaftgehäuse begrenzt insbesondere einen oberen Abschnitt der Druckkammer, derart dass der Kolbendruck in der Druckkammer das Kolbenschaftgehäuse in entgegen gesetzter Richtung axial nach oben weg vom Kaffeeaufnahmeraum zu schieben bzw. bewegen vermag.

[0040] Das Kolbenschaftgehäuse ist insbesondere entlang einer Längsführung bzw. Vertikalführung verschiebbar gelagert. Die Längsführung kann z. B. über mindestens eine Verbindungsschraube mit, insbesondere gewindefreiem Führungsabschnitt erfolgen. Die mindestens eine Rückstellfeder ist insbesondere an der Verbindungsschraube angeordnet.

[0041] Das Kolbenschaftgehäuse ist insbesondere mit dem Betätigungselement gekoppelt, bzw. mit diesem verbunden, derart, dass das Betätigungselement zur Einnahme einer Betätigungsposition zusammen mit dem Kolbenschaftgehäuse in axialer Richtung, insbesondere nach oben, verschiebbar ist. Das Betätigungselement kann grundsätzlich auch Teil des Kolbenschaftgehäuses sein.

[0042] Durch die axiale Bewegung des Betätigungselements wird der Arretierkörper in eine Arretierposition verschoben und arretiert den Brühkolben. Zur Einnahme der Arretierposition bewegt sich der Arretierkörper insbesondere quer zur Kolbenachse bzw. radial zum Brühkolben hin und greift insbesondere in eine Ausnehmung am Brühkolben ein.

[0043] Die Bewegung des Kolbenschaftgehäuses ist vergleichsweise gering, insbesondere im Vergleich zur Bewegung des Brühkolbens, da die Bewegung lediglich der Betätigung des Arretierkörpers dient.

[0044] Der Kolbenschaft des Brühkolbens ist insbesondere durch ein Kolbenschaftführungsrohr geführt. Der Kolbenschaft ist insbesondere vom Kolbenschaftgehäuse durch das Kolbenschaftführungsrohr in ein Kolbenstempelführungsgehäuse geführt, in welchem der Kolbenstempel angeordnet ist. Das Kolbenschaftführungsrohr verbindet also insbesondere das Kolbenschaftgehäuse mit dem Kolbenstempelführungsgehäuse. Das Kolbenschaftgehäuse und das Kolbenschaftführungsrohr ist insbesondere ortsfest, d.h. unbeweglich in der Maschineneinheit angeordnet.

[0045] Das Kolbenschaftführungsrohr kann mindestens eine Radialöffnung, insbesondere mehrere und ganz besonders gleichmässig um den Umfang des Kolbenschaftführungsrohrs angeordnete Radialöffnungen aufweisen. Der mindestens eine Arretierkörper ist insbesondere ein in einer Radialöffnung des Kolbenschaftführungsrohrs geführter Kugelkörper, welcher in Arretierstellung in eine Vertiefung am Kolbenschaft eingreift. Die Vertiefung am Kolbenschaft kann eine ringförmig umlaufende Vertiefung sein. Das Betätigungselement ist insbesondere ein Ringkörper, welcher das Kolbenschaftführungsrohr umgibt.

[0046] Der Brühkolben kann mit Rückstellmitteln, insbesondere mit einer Rückstellfeder, zusammenwirken, mittels welchen der Brühkolben nach Abbau des hydraulischen Drucks, insbesondere (Kolben-) Wasserdrucks, in der Druckkammer von der Brühposition in die Ausgangsposition zurückbewegbar bzw. rückstellbar ist. Die Rückstellmittel sind insbesondere im Kolbenschaftgehäuse angeordnet.

[0047] Die Rückstellfeder kann insbesondere eine Druckfeder sein. Der Kolbenschaft des Brühkolben kann axial durch die Druckfeder geführt sein.

[0048] Die Druckfeder ist insbesondere derart ausgebildet und in der Brüheinheit angeordnet, dass diese durch das Vortreiben bzw. Bewegen des Brühkolbens in Richtung Brühposition zusammengedrückt wird und durch Ausdehnen den Brühkolben wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt.

[0049] Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung wirkt das Kolbenschaftgehäuse mit Rückstellmitteln, insbesondere mit mindestens einer Rückstellfeder zusammen, mittels welcher das Kolbenschaftgehäuse nach Abbau des (Kolben-) Wasserdrucks von der Betätigungsposition in seine Ausgangsposition zurückbewegbar ist.

[0050] Die mindestens eine Rückstellfeder kann insbesondere eine Druckfeder sein. Die Druckfeder ist insbesondere derart ausgebildet und in der Brüheinheit angeordnet, dass diese durch eine der Kolbenbewegung entgegengesetzte, axiale Bewegung des Kolbenschaftgehäuses zusammengedrückt und das Kolbenschaftgehäuse durch Ausdehnen der Druckfeder wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt wird.

[0051] Wird der Kolbenantrieb durch die Wasserpumpe der Wasseraufbereitungseinrichtung ausgebildet, so ist die Wasserpumpe insbesondere: – über eine Zuführwasserleitung zum Bezug von Wasser mit einem Wassertank, – über eine Kolbenwasserleitung zum Verschieben des Brühkolbens mit dem Brühkolben, und – über eine Brühwasserleitung zum Brühen von Kaffee mit der Brühkammer hydraulisch verbunden.

[0052] Die Steuerungseinrichtung ist insbesondere dazu ausgelegt, die Wasserpumpe zwischen einer Kolbenwassereinspeisung und einer Brühwassereinspeisung zu schalten.

[0053] In der Kolbenwasserleitung ist insbesondere ein Wegeventil, wie 3/2 Wegeventil, angeordnet, welches so ausgelegt ist und über die Steuerungseinrichtung ansteuerbar bzw. schaltbar ist, dass beim Abbau des Kolbenwasserdruckes zurückfliessendes Kolbenwasser über eine Abführleitung unter Umgehung der Wasserpumpe abgeführt werden kann.

[0054] Die Abführleitung ist insbesondere eine Rückführwasserleitung, über welche zurückfliessendes Kolbenwasser wieder in den Wassertank zurückfliessen kann. Das Zurückfliessen kann direkt erfolgen, indem die Rückführwasserleitung direkt in den Wassertank führt oder kann indirekt erfolgen, indem die Rückführwasserleitung in die Zuführwasserleitung führt.

[0055] In der Kolbenwasserleitung, insbesondere zwischen der Wasserpumpe und einem Wegeventil, ist insbesondere ein Rückschlagventil zum Halten des aufgebauten Kolbenwasserdrucks angeordnet.

[0056] Die Brühwasserleitung führt insbesondere zur Brühwassereinspeisung am Kolbenstempel. Entlang der Brühwasserleitung ist eine Heizeinheit, wie Thermoblock bzw. Durchlauferhitzer angeordnet, über welche das durch die Brühwasserleitung fliessende Brühwasser erhitzt werden kann.

[0057] In der Brühwasserleitung ist insbesondere ein Wegeventil, wie 3/2 Wegeventil, angeordnet, welches so ausgelegt und über die Steuerungseinrichtung ansteuerbar bzw. schaltbar ist, dass nach dem Brühvorgang in Richtung Wasserpumpe zurückfliessendes Restwasser über eine Abführleitung abgeführt werden kann, z.B. in eine Tropfschale.

[0058] Gemäss einer besonderen Ausführungsvariante ist die Kaffeemaschine eine Siebträgermaschine und enthält eine von der Maschineneinheit abnehmbare Siebträgereinrichtung mit einem Brühsieb, auch Siebträger genannt. Die Siebträgereinrichtung bildet einen Kaffeeaufnahmeraum, welcher zusammen mit dem in die Brühposition vorgetriebenen Brühkolben bzw. Kolbenstempel die Brühkammer ausbildet.

[0059] „Abnehmbar“ bedeutet insbesondere, dass die Siebträgereinrichtung ohne bleibende Verbindung zur Maschineneinheit vollständig von der Maschineneinheit trennbar ist.

[0060] Die Siebträgereinrichtung enthält insbesondere einen Handgriff zum manuellen Anbringen der Siebträgereinrichtung an die Maschineneinheit und zum manuellen Abnehmen der Siebträgereinrichtung von der Maschineneinheit. Das Anbringen und Abnehmen der Siebträgereinrichtung erfolgt insbesondere werkzeugfrei.

[0061] Der Kaffeeaufnahmeraum der Siebträgereinrichtung kann insbesondere durch einen in das Siebträgergehäuse integrierten Siebeinsatz mit Brühsieb ausgebildet werden. So kann der Kaffeeaufnahmeraum der Siebträgereinrichtung durch einen fest im Siebträgergehäuse verbauten Siebeinsatz mit Brühsieb ausgebildet sein. Der Siebeinsatz kann allerdings auch herausnehmbar sein.

[0062] Da gemäss vorliegender Erfindung der beweglich gelagerte Brühkolben zum Andrücken (Tampern) des Kaffeepulvers und zum Schliessen der Brühkammer in den Kaffeeaufnahmeraum der Siebträgereinrichtung vorgetrieben wird, sind keine unterschiedlich grossen Siebeinsätze für unterschiedliche Mengen an Kaffeepulver notwendig.

[0063] Das Anbringen der Siebträgereinrichtung an die Maschineneinheit zum Einleiten eines Brühvorganges kann über einen im Stand der Technik bekannten Schnellverschluss, wie Bajonettverschluss, d.h. mittels Ansetzen und Eindrehen der Siebträgereinrichtung an der Maschineneinheit, erfolgen. Die Siebträgereinrichtung kann aber auch über eine Linearführungsvorrichtung geradlinig in die Maschineneinheit einschiebbar sein.

[0064] Die Siebträgereinrichtung ist insbesondere zum Entfernen des Kaffeetresters nach einem Brühvorgang von der Maschineneinheit abnehmbar. Ergänzend kann die Siebträgereinheit auch zum Befüllen der Siebträgereinrichtung mit Kaffeepulver von der Maschineneinheit abnehmbar sein.

[0065] Allerdings kann auch vorgesehen sein, dass die Siebträgereinrichtung bzw. der Kaffeeaufnahmeraum über ein in die Maschineneinheit bzw. Kaffeemaschine integriertes Mahlwerk mit Kaffeepulver befüllt wird. Dies gilt insbesondere auch für vollautomatische Kaffeemaschinen.

[0066] Das heisst, die Maschineneinheit bzw. Kaffeemaschine kann eine Einrichtung zum Abgeben und insbesondere zum Erzeugen und Abgeben von Kaffeepulver in den Kaffeeaufnahmeraum enthalten.

[0067] Die Erfindung betrifft des Weiteren auch ein Verfahren zum Brühen eines Kaffees mit einer Kaffeemaschine wie oben beschrieben. Unter Kaffeegetränk sollen definitionsgemäss sämtlich Zubereitungsarten von Kaffee fallen, welche mit einer Siebträgermaschine möglich sind. Dies sind z. B. schwarzer Kaffee, Espresso, Espresso Lunge, Ristretto, etc. Ferner fallen definitionsgemäss unter Kaffeegetränke auch Zubereitungsarten mit Milch als Zusatz, wie z. B. Cappuccino oder Latte Macchiato. Die Kaffeemaschine kann hierzu auch eine Milchzubereitungseinrichtung, wie Milchschäumer, enthalten.

[0068] Die Kaffeemaschine enthält zum Auslösen eines Brühvorganges und insbesondere auch zur Auswahl der Kaffeezubereitungsart, eine Eingabeeinrichtung, z. B. mit einem Display.

[0069] Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zur Durchführung eines Brühvorganges der Brühkolben mittels Kolbenantrieb in Richtung des mit Kaffeepulver befüllten Kaffeeaufnahmeraums vorgetrieben, und bei Erreichen der Brühposition die Arretiereinrichtung betätigt und der Brühkolben gegen eine von der Brühkammer weg gerichtete axiale Bewegung arretiert wird. Mittels der Wasserpumpe wird unter Aufbau eines Brühwasserdrucks Brühwasser in die Brühkammer gefördert und der Brühvorgang durchgeführt.

[0070] Erfolgt der Kolbenantrieb über die Wasserpumpe der Brühwasseraufbereitungseinrichtung, so wird mittels der Wasserpumpe ein auf den Brühkolben wirkender Kolbenwasserdruck aufgebaut, wodurch der Brühkolben, insbesondere entgegen der Rückstellkraft eines Rückstellmittels, in Richtung des Kaffeeaufnahmeraums, insbesondere nach unten, in die Brühposition vorgetrieben wird.

[0071] Die Wasserpumpe bezieht das zum Aufbau eines Kolbenwasserdrucks benötigte (Kolben-) Wasser über die Zuführwasserleitung vom Wassertank und pumpt dieses als Kolbenwasser in die Kolbenwasserleitung.

[0072] Der in den Kaffeeaufnahmeraum eingreifende Kolbenstempel verschliesst den Kaffeeaufnahmeraum, wodurch eine geschlossene Brühkammer ausgebildet wird.

[0073] Der Brühkolben wirkt als Kaffeepresser bzw. „Tamper“ und presst das Kaffeepulver im Kaffeeaufnahmeraum zusammen. Der Grad bzw. das Mass der Kaffeepressung, welche die Art der Kaffeezubereitung massgeblich beeinflusst, kann insbesondere über die Steuerungseinrichtung festgelegt werden.

[0074] So kann die Steuerungseinrichtung basierend auf den entsprechenden Vorgaben zur Kaffeepressung (Mass bzw. Grad der Kaffeepressung) den auf das Kaffeepulver ausgeübten Pressdruck (Kolbendruck) über den Kolbenantrieb bzw. die Wasserpumpe, steuern.

[0075] Die Steuerung der Kaffeepressung kann auf Basis von hinterlegten Vorgabewerten oder auf Basis von über die Eingabeeinrichtung an der Maschineneinheit eingegebenen oder ausgewählten Vorgabewerte erfolgen.

[0076] Der durch den Brühkolben auf das Kaffeepulver ausgeübte Pressdruck ist geringer als der während des Brühvorganges durch das Brühwasser in entgegengesetzter Richtung auf den Brühkolben ausgeübte Brühwasserdruck in der Brühkammer.

[0077] Daher wird der Brühkolben in der Brühposition erfindungsgemäss gegen eine der Vortriebsrichtung des Brühkolbens entgegengesetzte, axiale Bewegung arretiert. Dank der Arretierung muss der Kolbenantrieb im Rahmen eines Brühvorgangs lediglich die zur Pressung des Kaffees notwendige, geringere Presskraft und nicht eine dem Brühwasserdruck entgegenwirkende höhere Kraft aufbringen.

[0078] Gemäss der weiter oben beschriebenen Arretiereinrichtung wird, nachdem der Brühkolben die Brühposition erreicht hat, ein Betätigungselement durch den Kolbenwasserdruck in eine der Vortriebsrichtung des Brühkolbens entgegengesetzte, axiale Richtung bewegt bzw. verschoben, insbesondere nach oben verschoben. Durch die Bewegung des Betätigungselements wird der mindestens eine Arretierkörper radial zum Brühkolben hin, insbesondere zum Kolbenschaft hin, in eine Arretierstellung verschoben, wodurch der Brühkolben arretiert wird. „Radial“ heisst insbesondere auch quer zur Kolbenachse.

[0079] In der Arretierstellung greift der mindestens Arretierkörper in eine Vertiefung am Brühkolben, insbesondere am Kolbenschaft, ein.

[0080] Zur axialen Bewegung des Betätigungselements wird insbesondere das beweglich gelagerte Kolbenschaftgehäuse, mit welchem das Betätigungselement gekoppelt bzw. verbunden ist, durch den Kolbenwasserdruck in der Druckkammer entgegen der Rückstellkraft der Rückstellmittel in eine der Vortriebsrichtung des Brühkolbens entgegengesetzte, axiale Richtung, insbesondere nach oben, in die Betätigungsposition bewegt bzw. verschoben.

[0081] Wie erwähnt, wird der Kolbenwasserdruck während des Brühvorganges aufrechterhalten, wodurch auch das Betätigungselement bzw. das Kolbenschaftgehäuse mit dem Betätigungselement in der Betätigungsposition und somit der Arretierkörper in der Arretierposition verbleibt.

[0082] Zum Aufbau eines Brühwasserdrucks in der Brühkammer bezieht die Wasserpumpe über die Zuführwasserleitung Wasser vom Wassertank und pumpt dieses als Brühwasser in die Brühwasserleitung.

[0083] Hierzu wird insbesondere die Wasserpumpe von der Kolbenwassereinspeisung auf die Brühwassereinspeisung umgeschaltet. Dies geschieht ebenfalls mittels der Steuerungseinrichtung. Dank dem Rückschlagventil in der Kolbenwasserleitung bleibt der aufgebaute Kolbenwasserdruck in der Kolbenwasserleitung trotz Umschalten auf die Brühwassereinspeisung erhalten.

[0084] Der Kolbenwasserdruck wird erst nach Abschluss des Brühvorganges zwecks Aufhebung der Arretierung und zum Zurückbewegen des Brühkolbens in seine Ausgangsposition abgebaut.

[0085] Mit Ende des Brühvorganges wird die Zufuhr von Brühwasser durch die Wasserpumpe beendet und der Brühwasserdruck wird entsprechend abgebaut. Durch Schaltung des Wegeventils an der Brühwasserleitung wird das in der Brühwasserleitung vorhandene Restwasser abgelassen, z.B. in eine Tropfschale.

[0086] Ferner wird zum Abbau des Kolbenwasserdrucks zwecks Aufhebung der Arretierung und Rückstellung des Brühkolbens das Wegeventil in der Kolbenwasserleitung über die Steuerungseinrichtung geschaltet, derart dass das Kolbenwasser über die Abführwasserleitung abgeführt wird. Das Kolbenwasser wird insbesondere über die als Rückführwasserleitung ausgebildete Abführwasserleitung in den Wassertank zurückgeführt.

[0087] Durch den Abbau des Kolbenwasserdrucks bewegt sich das Betätigungselement bzw. das Kolbenschaftgehäuse mit dem Betätigungselement aufgrund der Rückstellkraft der Rückstellmittel von der Betätigungsposition in die Ausgangsposition zurück.

[0088] Dadurch kann die Arretierung des Brühkolbens durch den mindestens einen Arretierkörper wieder gelöst und der Brühkolben über die Rückstellmittel in seine Ausgangsposition zurückbewegt werden. Die Aufhebung der Arretierung erfolgt passiv, indem der zurückbewegende Brühkolben den mindestens einen Arretierkörper in einen durch das zurückbewegte Betätigungselement frei gegebenen Raum zurückdrängt.

[0089] Die einzelnen Aggregate bzw. Einrichtungen, wie Wasserpumpe, Ventile, Kolbenantrieb oder Mahlwerk werden insbesondere über die Steuerungseinrichtung gesteuert. Über die Eingabeeinrichtung können Steuerbefehle an die Steuerungseinrichtung übermittelt werden.

[0090] So wird, wie bereits weiter oben erwähnt, insbesondere auch der Kolbenantrieb über die Steuerungseinrichtung gesteuert. Über die Eingabeeinrichtung oder über Voreinstellungen kann z. B. das Mass bzw. der Grad der Kaffeepressung festgelegt werden. Die Steuerungseinrichtung steuert dann basierend auf den entsprechenden Vorgaben zur Kaffeepressung (Mass bzw. Grad der Kaffeepressung) den auf das Kaffeepulver ausgeübten Pressdruck (Kolbendruck) über den Kolbenantrieb.

[0091] Die erfindungsgemässe Kaffeemaschine zeichnet sich durch folgende Vorteile auf: – individuelles Einstellen der Kaffeepressung dank dem über die Steuerungseinrichtung mittels Kolbenantrieb gesteuert in den Kaffeeaufnahmeraum bzw. in die Brühkammer vortreibbaren Brühkolben; – dank der Arretierung kein Zurückweichen des Brühkolbens während des Brühvorganges trotz geringerem Kolbendruck; – Arretierung des Brühkolbens erfolgt über einen bereits vorhandenen Antrieb.

[0092] Die Vorteile bei Siebträgermaschinen sind insbesondere: – dank dem beweglichen Brühkolben, welcher eine individuelle Kaffeepressung auch bei unterschiedlicher Befüllung des Kaffeeaufnahmeraums mit Kaffeepulver erlaubt, sind keine Siebträgereinsätze unterschiedlicher Grösse mehr notwendig; – dank dem beweglichen Brühkolben ist kein Festziehen der Siebträgereinrichtung gegen einen (feststehenden) Stempel an der Maschineneinheit für die Kaffeepressung notwendig.

[0093] Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von besonderen Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch: Figur 1a: perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Anordnung von Brüheinheit und Mahlwerk sowie von Linearführungsvorrichtung und Siebträgereinrichtung einer Siebträgermaschine von schräg vorne; Figur 1b: Querschnitt durch die Anordnung gemäss Figur 1a; Figur 1c: weitere perspektivische Ansicht der Anordnung gemäss Figur 1a von schräg hinten; Figur 2: perspektivische Ansicht der Siebträgereinrichtung von schräg oben; Figur 3: perspektivische Ansicht der Linearführungsvorrichtung gemäss Figur 1a ohne Siebträgereinrichtung von schräg unten; Figur 4: schematische Ansicht einer Siebträgermaschine mit einer Anordnung nach Figure 1a bis 1c; Figur 5: perspektivische Ansicht des Mahlwerks gemäss Figur 1a bis 1c von schräg unten.

[0094] Gemäss einer ersten Ausführungsform nachFigur 1a bis 1centhält die Kaffeemaschine 1 eine Brüheinheit 10 und eine Einrichtung zum Erzeugen und Abgeben von Kaffeepulver 30 mit einem Kegelmahlwerk 31. Unterhalb der Brüheinheit 10 und der Einrichtung 30 ist eine Halte- und Führungseinrichtung 40 mit einer Linearführungsvorrichtung 41 angeordnet. Die Linearführungsvorrichtung 41 enthält zwei in einem Abstand zueinander angeordnete, parallel zueinander verlaufende Führungsschienen 42a, 42b, welche jeweils einen Führungsschlitz 44 zur gleitenden Aufnahme von Führungsleisten 55 an einer Siebträgereinrichtung 50 enthalten.

[0095] Ferner umfasst die Kaffeemaschine 1 eine Siebträgereinrichtung 50 mit einem Siebträgergehäuse 54 und einem Griffkörper 53 zum Halten der Siebträgereinrichtung 50. Aussen am Siebträgergehäuse 54 sind zwei, beidseits einer Aufnahmeöffnung 56 seitlich und parallel zueinander verlaufende Führungsleisten 55 zum Einschieben in die Führungsschlitze 44 der Führungsschienen 42a, 42b angeordnet.

[0096] Die Brüheinheit 10 und die Einrichtung 30 mit Kegelmahlwerk 31 sind entlang der Einschubachse EA hintereinander angeordnet, wobei die Einrichtung 30 mit Kegelmahlwerk 31 in Einschubrichtung ER nach der Brüheinheit 10 angeordnet ist.

[0097] Die Siebträgereinrichtung 50 ist über die seitlich in die Führungsschlitze 44 der Führungsschienen 42a, 42b eingreifenden Führungsleisten 55 in die Maschineneinheit 2 der Kaffeemaschine 1 einschiebbar. Die Maschineneinheit 2 entspricht der Kaffeemaschine 1 ohne Siebträgereinrichtung 50.

[0098] Die Siebträgereinrichtung 50 ist unter anderem in eine Befüllposition FS einschiebbar, in welcher die Siebträgereinrichtung 50 unterhalb der Einrichtung 30 bzw. dem Mahlwerk 31 angeordnet ist. Die Halte- und Führungseinrichtung 40 bildet einen Endanschlag 45 aus, welcher eine Einschubbegrenzung darstellt und gleichzeitig die exakte Positionierung der Siebträgereinrichtung 50 in der Befüllposition FS zum Befüllen der Siebträgereinrichtung 50 mit Kaffeepulver 22 sicherstellt. Das heisst, die Siebträgereinrichtung 50 nimmt bei Erreichen des Anschlags 45 die Befüllposition FS ein.

[0099] Das Kegelmahlwerk 31 enthält ein mehrteiliges Gehäuse 35, in welchem der Mahlkegel 32 und der Mahlring 33, welcher den Mahlkegel 32 umgibt, angeordnet sind. Der Mahlkegel 32 verjüngt sich entlang der Kegelachse ausgehend von der Kegelbasis nach oben. Der Mahlring 33 ist im Gehäuse 35 über Lager, wie Kugellager, drehbar um die Kegelachse des Mahlkegels 32 gelagert und wird über einen Elektromotor 34 angetrieben. Zwischen dem Mahlring 33 und dem Mahlkegel 32 wird der Mahlspalt ausgebildet, in welchen die Kaffeebohnen von oben zugeführt und durch den um die Kegelachse drehenden Mahlring gemahlen werden. Das gemahlene Kaffeepulver verlässt am unteren Ende im Bereich der Kegelbasis den Mahlspalt und fällt schwerkraftbedingt nach unten.

[0100] Der Mahlkegel 32 ist starr, d.h. unbewegt angeordnet und an seinen beiden Kegelenden jeweils über mehrere Verbindungsstege 36a, 36b mit dem Gehäuse 35 verbunden. Die Verbindungsstege 36a, 36b verlaufen ausgehend von der Kegelachse sternförmig radial nach aussen zum Gehäuse 35 hin.

[0101] Am oberen Ende des Mahlkegels werden zwischen den Verbindungsstegen 36a mehrere Durchlassöffnungen zum Durchlassen von Kaffeebohnen in Schwerkraftrichtung G nach unten in das Kegelmahlwerk 31 ausgebildet (siehe Figur 1c).

[0102] Am unteren Ende des Mahlkegels, d.h. an der Kegelbasis, werden zwischen den Verbindungsstegen 36b mehrere Durchlassöffnungen zum Durchlassen von Kaffeepulver 22 aus dem Kegelmahlwerk 31 in Schwerkraftrichtung G nach unten in den Kaffeeaufnahmeraum 51 der Siebträgereinrichtung 50 ausgebildet (siehe Figur 5).

[0103] Es ist allerdings nicht zwingend, dass die Kaffeemaschine ein integriertes Mahlwerk enthält wie in den Figuren dargestellt. Dies trifft insbesondere für Siebträgermaschinen zu. So kann das Mahlwerk zum Beispiel auch derart an der Kaffeemaschine angeordnet bzw. angegliedert sein, dass eine Siebträgereinrichtung bereits vor dem Einschieben in die Maschineneinheit bzw. vor dem Anbringen an der Maschineneinheit mit Kaffeepulver befüllt wird. Ferner ist es auch möglich, dass die Kaffeemaschine kein Mahlwerk enthält und das Kaffeepulver von einer separaten Kaffeemühle oder aus einem Vorratsspeicher bezogen wird.

[0104] Die Siebträgereinrichtung 50 enthält einen in das Siebträgergehäuse 54 eingelassenen Siebeinsatz 49 mit einem, den Boden des Siebeinsatzes 49 ausbildenden Brühsieb 52. Der Siebeinsatz 49 bildet den Kaffeeaufnahmeraum 51 zur Aufnahme des Kaffeepulvers 22 aus. Dieser ist gegen oben offen. Entsprechend weist der Siebeinsatz 49 gegen oben eine Aufnahmeöffnung 56 auf. Diese liegt dem Brühsieb 52 gegenüber. Der Kaffeeaufnahmeraum 51 ist zylindrisch ausgebildet, weist jedoch im Bereich der Aufnahmeöffnung 56 eine umlaufende, trichterförmige Erweiterung 57 auf. Der Siebeinsatz 49 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Siebträgergehäuse 54 fest verbunden und entsprechend nicht herausnehmbar. Der Siebeinsatz 49 kann jedoch auch herausnehmbar sein. Ebenso kann der Siebeinsatz integraler Bestandteil des Siebträgergehäuses 54 sein.

[0105] Im Anschluss an die Befüllung des Kaffeeaufnahmeraums 51 der Siebträgereinrichtung 50 mit Kaffeepulver 22 wird die Siebträgereinrichtung 50 in einer linearen Gegenbewegung über die Linearführungsvorrichtung 41 in die Brühposition BS zurückgezogen. In der Brühposition BS befindet sich die Siebträgereinrichtung 50 unterhalb der Brüheinheit 10.

[0106] Wie aus denFiguren 2 und 3näher hervorgeht, weisen die Linearführungsvorrichtung 41 und die Siebträgereinrichtung 50 miteinander kooperierende Rastmittel 43, 59, welche eine exakte, selbstzentrierende Positionierung der Siebträgereinrichtung 50 in der Brühposition BS erlauben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden im Führungsschlitz 44 der Führungsschienen 42a, 42b Rastkerben 43 ausgebildet, in welche an den Führungsleisten 55 der Siebträgereinrichtung 50 angeordnete, federbelastete Kugeln 59 eingreifen. Die Rastkerben 43 bilden in Einschubrichtung ER und entgegen der Einschubrichtung ER jeweils eine Einlauframpe aus. Diese soll den Kraftaufwand beim Herausschieben bzw. Herausziehen der Siebträgereinrichtung 50 aus der Rastposition reduzieren, so dass die Siebträgereinrichtung 50 mühelos über die Rastposition hinweg geschoben bzw. hinweg gezogen oder aus der Rastposition wieder herausgezogen bzw. herausgeschoben werden kann.

[0107] Grundsätzlich kann der Befestigung der Siebträgereinrichtung auch über einen herkömmlichen Schnellverschluss, wie z. B. Bajonettverschluss erfolgen. Ebenso ist ein integriertes Mahlwerk nicht zwingend.

[0108] Die Brüheinheit 10 enthält einen Brühkolben 4 mit einem Kolbenschaft 5, welcher in einem Kolbenschaftgehäuse 7 geführt ist sowie einen am unteren Ende, d.h. zur Siebträgereinrichtung 50 hin, angeordneten Kolbenstempel 6, welcher in einem Kolbenstempelführungsgehäuse 19 geführt ist. Das Kolbenstempelführungsgehäuse 19 umfasst ein Kolbenschaftführungsrohr 15, durch welches der Kolbenschaft 5 vom Kolbenschaftgehäuse 7 in das Kolbenstempelführungsgehäuse 19 geführt ist. Die Kolbenachse KA ist senkrecht zur Einschubrichtung ER bzw. Einschubebene EE der Siebträgereinrichtung 50 und verläuft entsprechend auch senkrecht zur Aufnahmeöffnung 56 der Siebträgereinrichtung 50.

[0109] Zum Einleiten des Brühvorganges wird der Brühkolben 4 durch einen Kolbenantrieb 21 aus seiner Ausgangsposition AK in Schwerkraftrichtung G nach unten zum Kaffeeaufnahmeraum 51 der Siebträgereinrichtung 50 hin bewegt. Der Kolbenstempel 6 wird dabei in den Kaffeeaufnahmeraum 51 hinein bewegt und drückt bzw. presst das Kaffeepulver 22 zusammen. In anderen Worten wird mit dem Brühkolben 4 das so genannte „Tampern“ ausgeführt. Bei Erreichen der Brühposition BK wird der Vortrieb des Brühkolbens 4 beendet. Der durch den Kolbenstempel 6 verschlossene Kaffeeaufnahmeraum 51 bildet nun eine Brühkammer 3 aus.

[0110] Der Kolbenantrieb 21 und damit auch der Kolbendruck, welcher wiederum ein Mass für die Kaffeepressung ist, wird über die Steuerungseinrichtung 20 gesteuert. Der Kolbenantrieb 21 kann ein elektrischer Antrieb oder ein hydraulischer Antrieb sein. Bei Letzterem wird, wie weiter unten noch näher erläutert, eine Hydraulikflüssigkeit, wie Wasser über eine Einspeisung 25 in eine Druckkammer 9 eingeleitet. Ein hydraulischer Antrieb des Brühkolbens 4 kann, wie anhand der Figur 4 weiter unten noch erläutert, über die Wasserpumpe 62 der Brühwasseraufbereitungseinrichtung 60 erfolgen.

[0111] Die Kaffeemaschine bzw. Maschineneinheit 2 enthält im Weiteren eine Brühwasseraufbereitungseinrichtung 60 mit einem Wassertank 61, einer Wasserpumpe 62 und einer Heizeinheit 63 zum Zuführen von heissem Brühwasser unter Druck in die Brühkammer 3 (siehe auch Figur 4). Das heisse Brühwasser wird über eine durch den Kolbenstempel 6 geführte Brühwassereinspeisung 18 unter Druck in die Brühkammer 3 geleitet.

[0112] Die Siebträgereinrichtung 50 enthält eine unterhalb des Brühsiebes 52 angeordnete Kaffeeauslassöffnung 58. Durch diese fliesst der in der Brühkammer 3 gebrühte und durch das Brühsieb 52 gepresste Kaffee nach unten weg, z. B. in ein Trinkgefäss (nicht dargestellt).

[0113] Der Brühkolben 4 wirkt mit einer Rückstellfeder 8 zusammen. Diese entspricht in vorliegender Ausführungsform einer den Kolbenschaft 5 umgebenden Druckfeder 8 in Form einer Schraubenfeder. Die Druckfeder 8, welche beim Vortreiben des Brühkolbens 4 zur Siebträgereinrichtung 50 hin zusammengedrückt wird, schiebt nach Abschluss des Brühvorganges mit dem Abbau des Kolbendruckes den Brühkolben 4 wieder zurück in seine Ausgangsposition AK. Bei einem Kolbenantrieb 21, wie z. B. bei einem elektrischen Antrieb, welcher den Brühkolben 4 aktiv zurückbewegt, sind Rückstellmittel, wie Rückstellfedern, nicht zwingend notwendig.

[0114] Der Brühkolben 4 weist ferner eine Kolbenführungshülse 24 auf, mittels welcher der Brühkolben 4 im Kolbenschaftgehäuse 7 axial geführt ist. Die Kolbenführungshülse 24 ist im oberen Endabschnitt des Brühkolben 4 zur Druckkammer 9 hin angeordnet.

[0115] Gemäss vorliegender Ausführungsform wird der Brühkolben 4 durch eine Arretiereinrichtung 11 in der Brühposition BK gegen eine, der Vortriebsrichtung des Brühkolbens 4 entgegengesetzte, axiale Richtung arretiert. Die Arretierung dient unter anderem der Entlastung des Kolbenantriebs 21. So ist der durch den Kolbenantrieb 21 auf den Brühkolben 4 ausgeübte Kolbendruck zum Pressen des Kaffeepulvers 22 wesentlich geringer als der in der Brühkammer 3 durch die Wasserpumpe 62 der Brühwasseraufbereitungseinrichtung 60 aufgebaute Brühwasserdruck, welcher als Gegendruck auf den Brühkolben 4 wirkt. Dank der Arretierung des Brühkolbens 4 während des Brühvorganges muss mit dem Kolbenantrieb 21 kein dem Brühwasserdruck entsprechender Gegendruck aufgebaut werden. Die Arretiereinrichtung 11 ist allerdings nicht zwingend. Ferner kann eine Arretierung kann auch durch den Kolbenantrieb 21 selbst erfolgen.

[0116] Die Ausführungsform nach Figur 1a bis 1c zeigt eine besondere Ausführung einer Arretiereinrichtung, welche sich dadurch auszeichnet, dass diese ebenfalls über den Kolbenantrieb 21 ausgelöst wird.

[0117] Im vorliegenden Fall übt der Kolbenantrieb 21 über eine Hydraulikpumpe mittels einer Hydraulikflüssigkeit einen hydraulischen Druck auf den Brühkolben 4 aus. Hierzu wird eine Hydraulikflüssigkeit über eine Einspeisung 25, wie Kolbenwassereinspeisung, in eine Druckkammer 9 eingeleitet, welche unter anderem durch den beweglichen Brühkolben 4 begrenzt wird. Die Druckkammer 9 geht aus Figur 1b nicht besonders gut hervor, da diese sich erst durch die Bewegung des Brühkolbens 4 aus seiner Ausgangsposition AK nach unten in die Brühposition BK räumlich ausdehnt.

[0118] Wie anhand der Figur 4 noch näher erläutert, kann die Hydraulikpumpe der Wasserpumpe 62 Brühwasseraufbereitungseinrichtung 60 entsprechen und die Hydraulikflüssigkeit kann Wasser aus dem Wassertank 61 der Brühwasseraufbereitungseinrichtung 60 sein.

[0119] Durch den Druck der in die Druckkammer 9 einströmenden Hydraulikflüssigkeit (z. B. Wasser) bewegt sich der Brühkolben 4 entgegen der Rückstellkraft der Rückstellfeder 8 aus seiner Ausgangsposition AK nach unten in Richtung Siebträgereinrichtung 50 in die Brühposition BK.

[0120] Die Druckkammer 9 wird gegen oben durch das Kolbenschaftgehäuse 7 begrenzt. Das Kolbenschaftgehäuse 7 ist über zwei Verbindungsschrauben 23 relativ zum Kolbenstempelführungsgehäuse 19 und entsprechend gegenüber dem Kolbenschaftführungsrohr 15 entlang der Verbindungsschrauben 23 axial beweglich gelagert. Die Verbindungsschrauben 23 bilden entsprechend einen, insbesondere gewindefreien Führungsabschnitt zur axialen Führung des axial beweglichen Kolbenschaftgehäuses 7 aus. Das Kolbenschaftgehäuse 7 wird über zwei, das Kolbenschaftgehäuse 7 nach unten drückenden Druckfedern 17 in einer Ausgangsposition gehalten. Die Druckfedern 17 sind als Schraubenfedern ausgebildet und umgeben jeweils die Verbindungsschrauben 23.

[0121] Mit Erreichen der Brühposition BK ist die axiale Bewegung des Brühkolbens 4 nach unten beendet. Der in der Druckkammer 9 weiter steigende Druck übt nun eine entsprechende Kraft auf das Kolbenschaftgehäuse 7 aus, wodurch sich dieses entgegen der Rückstellkraft der Druckfedern 17 leicht nach oben, in eine der Kolbenbewegung entgegengesetzte Richtung bewegt.

[0122] Mit dem Kolbenschaftgehäuse 7 ist auch ein ringförmiges, das Kolbenschaftführungsrohr 15 umgebendes Betätigungselement 12 der Arretiereinrichtung 11 verbunden, welches entsprechend ebenfalls nach oben bewegt wird. Das Betätigungselement 12 bildet in einem oberen Abschnitt einen radialen Abstand zum Kolbenschaftführungsrohr 15 aus, wodurch ein ringförmiger Hohlraum bzw. Spalt entsteht. In einem unteren Abschnitt ist das Betätigungselement 12 in einem Gleitkontakt mit dem Kolbenschaftführungsrohr 15 und liegt diesem an. Der obere und untere Abschnitt gehen mittels einer Führungsrampe ineinander über.

[0123] Auf der Höhe des Betätigungselement 12 weist das Kolbenschaftführungsrohr 15 radiale Durchgangsöffnungen 14 auf, in welchen Kugelkörper 13 beweglich gelagert sind.

[0124] Der Kolbenschaft 4 weist eine Mehrzahl von ringförmig umlaufenden Vertiefungen 16 auf, in welche die Kugelkörper 13 eingreifen können.

[0125] In der nicht arretierten Position wird das Kolbenschaftgehäuse 7 und mit diesem das Betätigungselement 12 durch die Rückstellkraft der Druckfedern 17 in einer unteren Ausgangsstellung gehalten. Der obere Abschnitt des Betätigungselement 12 befindet sich mit dem ringförmigen Hohlraum bzw. Spalt auf Höhe der radialen Durchgangsöffnungen 14. Die Kugelkörper 13 sind aus den radialen Durchgangsöffnungen 14 zurückversetzt und greifen in den ringförmigen Hohlraum ein.

[0126] Erreicht nun der Brühkolben 4 die Brühposition BK so wird wie erwähnt das Kolbenschaftgehäuse 7 zusammen mit dem Betätigungselement 12 in axialer Richtung leicht angehoben. Dadurch bewegt sich der untere Abschnitt des Betätigungselements 12 zusammen mit dem ringförmige Spalt nach oben wodurch die Kugelkörper 13 durch den sich ebenfalls nach oben bewegenden, unteren Abschnitt radial nach innen in die Durchgangsöffnungen 14 zurückgedrängt werden. Die Führungsrampe zwischen dem oberen und unteren Abschnitt sorgt dafür, dass sich die Kugelkörper 13 nicht mit dem Betätigungselement 12 verkeilen, sondern gleichmässig in die Durchgangsöffnungen 14 hinein bewegen.

[0127] Die in die radialen Durchgangsöffnungen 14 zurück gedrängten Kugelkörper 13 greifen nun auf der anderen Seite in eine Vertiefung 16 am Kolbenschaft 5 ein und bewirken die Arretierung des Brühkolbens 4 in der Brühposition BK. Die Kugelkörper 13 wirken folglich als Arretierkörper.

[0128] Die Arretierung bleibt bestehen solange der hydraulische Druck in der Druckkammer 9 das Kolbenschaftgehäuse 7 entgegen der Rückstellkraft der Druckfedern 17 nach oben zu drücken vermag.

[0129] Nach Abschluss des Brühvorganges wird der Druck in der Druckkammer 9 abgebaut wodurch das Kolbenschaftgehäuse 7 durch die Rückstellkraft der Druckfedern 17 zusammen mit dem Betätigungselement 12 nach unten in die Ausgangsstellung zurückweicht. Der obere Abschnitt des Betätigungselement 12 kommt zusammen mit dem ringförmigen Spalt zwischen Betätigungselement 12 und Kolbenschaftführungsrohr 15 wieder auf der Höhe der radiale Durchgangsöffnungen 14 zu liegen.

[0130] Durch den Abbau des Drucks in der Druckkammer 9 überwiegt nun ferner wieder die von der Druckfeder 8 auf den Brühkolben 4 ausgeübte Rückstellkraft. Durch die Druckkraft der Druckfeder 8 bzw. durch den von der Druckfeder 8 nach oben in Bewegung versetzten Brühkolben 4 werden die Kugelkörper 13 aus der Vertiefung 16 heraus in die radiale Durchgangsöffnungen 14 und den dahinter liegenden ringförmigen Spalt zurückgedrängt.

[0131] Die Arretierung ist aufgehoben und der Brühkolben 4 weicht durch die Rückstellkraft der Druckfeder 8 zurück nach oben in die Ausgangsposition AK

[0132] DieFigur 4zeigt eine besondere Weiterentwicklung der Kaffeemaschine 1, welche sich dadurch auszeichnet, dass der Brühkolben 4 durch die Wasserpumpe 62 der Brühwasseraufbereitungseinrichtung 60 angetrieben bzw. in die Brühposition BK vorgetrieben wird. Die Wasserpumpe 62 bezieht das Wasser über eine Zuführwasserleitung 64 aus einem Wassertank 61. Die Wasserpumpe 62 ist über eine Brühwasserleitung 66 mit der Brühwassereinspeisung 18 am Kolbenstempel 6 verbunden. Entlang der Brühwasserleitung 66 ist eine Heizeinheit 63, z. B. ein Thermoblock bzw. Durchlauferhitzer, zum Aufheizen des durch die Brühwasserleitung 66 fliessenden Brühwassers angeordnet. Die Wasserpumpe 62 pumpt Wasser aus dem Wassertank 61 über die Brühwasserleitung 66 unter Druck in die Brühkammer 3. Das Brühwasser wird auf seinem Weg durch die Brühwasserleitung 66 durch die Heizeinheit 63 aufgeheizt.

[0133] An der Brühwasserleitung 66 ist ein 3/2 Wegeventil 72 angeordnet, welches einen weiteren Anschluss zum Ablassen von Restwasser in einen Auffangbehälter, wie Tropfschale, im Anschluss an den Brühvorgang enthält. Das 3/2 Wegeventil 72 wird über die Steuerungseinrichtung 20 geschaltet.

[0134] Die Wasserpumpe 62 ist im Weiteren mit einer Kolbenwasserleitung 65 verbunden, über welche Wasser zum Vortreiben des Brühkolbens 4 von der Ausgangsposition AK in die Brühposition BK aus dem Wassertank 61 in eine Druckkammer 9 im Kolbenschaftgehäuse 7 (siehe Figur 1b) gepumpt wird.

[0135] Die Kolbenwasserleitung 65 weist ein Rückschlagventil 71 auf, welches den Rückfluss des Wassers aus der Druckkammer 9 in die Wasserpumpe 62 verhindert. Ferner ist zwischen dem Rückschlagventil 71 und der Druckkammer 9 ein 3/2 Wegeventil 70 in der Kolbenwasserleitung 65 angeordnet. An das 3/2 Wegeventil 70 ist eine Rückführwasserleitung 67 angeschlossen, über welche Kolbenwasser zurück in den Wassertank 61 geleitet werden kann. An der Kolbenwasserleitung 65 befindet sich auch ein Manometer 73 zum Überwachen des Drucks in der Druckkammer 9.

[0136] Zum Vortreiben des Brühkolbens 4 von der Ausgangsposition AK in die Brühposition BK pumpt die Wasserpumpe 62 Wasser aus dem Wassertank 61 in die Kolbenwasserleitung 65 und baut einen durch die Steuerungseinrichtung 20 vorgegebenen Kolbendruck auf.

[0137] Nachdem der Brühkolben 4 seine Brühposition BK erreicht hat und arretiert ist, pumpt die Wasserpumpe 62 Wasser unter Erhitzung aus dem Wassertank 61 durch die Brühwasserleitung 66 in die Brühkammer 3 und baut einen Brühdruck auf, welcher in der Regel höher ist als der Kolbendruck.

[0138] Die Wasserpumpe 62 wird über die Steuerungseinrichtung 20 zwischen der Kolbenwasserleitung 65 und der Brühwasserleitung 66 bzw. zwischen Kolbenwassereinspeisung und Brühwassereinspeisung geschaltet. Das Rückschlagventil 71 in der Kolbenwasserleitung 65 verhindert einen Druckverlust in der Druckkammer 9 beim Umschalten der Wasserpumpe 62 von der Kolbenwasserleitung 65 auf die Brühwasserleitung 66.

[0139] Am Ende des Brühvorganges wird der Druck in der Brühwasserleitung 66 abgebaut und das 3/2 Wegeventil 72 wird durch die Steuerungseinrichtung 20 so geschaltet, dass das Restwasser in einen Auffangbehälter (nicht gezeigt) abgelassen wird.

[0140] Des Weiteren wird auch in der Kolbenwasserleitung 65 der Druck abgebaut und das 3/2 Wegeventil 70 wird so geschaltet, dass das Kolbenwasser über die Rückführwasserleitung 67 zurück in den Wassertank 61 geleitet wird.

Claims (27)

1. Kaffeemaschine(1), enthaltend eine Maschineneinheit (2) mit: – einer Steuerungseinrichtung (20) zur Steuerung der Kaffeemaschine (1), – einem zwischen einer Ausgangsposition (AK) und einer Brühposition (BK) beweglich gelagerten Brühkolben (4), – einem über die Steuerungseinrichtung (20) steuerbaren Kolbenantrieb (62) zum Bewegen des Brühkolbens (4) von der Ausgangsposition (AK) in die Brühposition (BK), und mit – einer Wasseraufbereitungseinrichtung (60) mit einem Wassertank (61), einer Wasserpumpe (62) und einer Heizeinheit (63) zum Erzeugen und Abgeben von heissem Brühwasser unter Druck in eine Brühkammer (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Kaffeemaschine eine Arretiereinrichtung (11) mit mindestens einem Arretierkörper (13) zum Arretieren des Brühkolbens (4) in der Brühposition (BK) enthält.

2. Kaffeemaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiereinrichtung (11) über den Kolbenantrieb (62) betätigbar ist.

3. Kaffeemaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenantrieb (62) durch die Wasserpumpe (62) der Wasseraufbereitungseinrichtung (60) ausgebildet wird.

4. Kaffeemaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiereinrichtung (11) durch die Wasserpumpe (62) der Wasseraufbereitungseinrichtung (60) betätigbar ist.

5. Kaffeemaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiereinrichtung (11) ein parallel zur Kolbenachse (KA) des Brühkolbens (4) bewegbares Betätigungselement (12) enthält und der mindestens eine Arretierkörper (13) über das Betätigungselement (13) zum Brühkolben (4) hin in eine Arretierstellung bewegbar ist.

6. Kaffeemaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschineneinheit (1) ein entlang der Kolbenachse (KA) beweglich gelagertes Kolbenschaftgehäuse (7) enthält, welches mit dem Betätigungselement (12) der Arretiereinrichtung (11) zusammenwirkt, und welches zusammen mit dem Brühkolben (4) eine Druckkammer (9) ausbildet, wobei das Kolbenschaftgehäuse (7) und der Brühkolben (4) derart ausgelegt sind und zusammenwirken, dass ein in der Druckkammer (9) erzeugter Kolbenwasserdruck den Brühkolben (4) in axialer Richtung zur Brühkammer (3) hin in die Brühposition (BK) vortreibt und anschliessend das Kolbenschaftgehäuse (7) unter Betätigung der Arretiereinrichtung (11) in die entgegengesetzte, axiale Richtung verschiebt.

7. Kaffeemaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Arretierkörper (13) ein in einer Radialöffnung (14) eines Kolbenschaftführungsrohrs (15) geführter Kugelkörper (13) ist, welcher in Arretierstellung in eine Vertiefung (16) am Brühkolben (4) eingreift.

8. Kaffeemaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaffeemaschine (1) eine von der Maschineneinheit (2) abnehmbare Siebträgereinrichtung (50) mit einem Kaffeeaufnahmeraum (51) und einem Brühsieb (52) enthält, wobei der Kaffeeaufnahmeraum (51) der Siebträgereinrichtung (50) zusammen mit dem in die Brühposition (BK) vorgetriebenen Brühkolben (4) die Brühkammer (3) ausbildet.

9. Kaffeemaschine (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Brühkolben (4) mit Rückstellmitteln (8), insbesondere mit einer Rückstellfeder, zusammenwirkt, mittels welchen der Brühkolben (4) nach Abbau des Kolbenwasserdrucks von der Brühposition (BK) in die Ausgangsposition (AK) zurückbewegbar ist.

10. Kaffeemaschine (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenschaftgehäuse (7) mit Rückstellmitteln (17), insbesondere mit mindestens einer Rückstellfeder, zusammenwirkt, mittels welchen das Kolbenschaftgehäuse (7) nach Abbau des Kolbenwasserdrucks in Richtung Brühkammer (3) in seine Ausgangsposition zurückbewegbar ist.

11. Kaffeemaschine (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserpumpe (62) der Wasseraufbereitungseinrichtung (60): – über eine Zuführwasserleitung (64) zum Bezug von Wasser mit einem Wassertank (61), – über eine Kolbenwasserleitung (65) zum Verschieben des Brühkolbens (4) mit dem Brühkolben (4) und – über eine Brühwasserleitung (66) zum Brühen von Kaffee mit der Brühkammer (3) hydraulisch verbunden ist.

12. Kaffeemaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kolbenwasserleitung (65) ein Wegeventil (70) angeordnet ist, welches so ausgelegt ist und über die Steuerungseinrichtung (20) ansteuerbar ist, dass beim Abbau des Kolbenwasserdruckes zurückfliessendes Kolbenwasser über eine Abführleitung (67) unter Umgehung der Wasserpumpe (62) abgeführt werden kann.

13. Kaffeemaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführleitung (67) eine Rückführwasserleitung (67) ist, über welche zurückfliessendes Kolbenwasser wieder in die Zuführwasserleitung (64) oder in den Wassertank (61) zurückfliessen kann.

14. Kaffeemaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kolbenwasserleitung (65), insbesondere zwischen der Wasserpumpe (62) und einem Wegeventil (70), ein Rückschlagventil (71) zum Halten des aufgebauten Kolbenwasserdrucks angeordnet ist.

15. Kaffeemaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinheit (63) zum Aufheizen des Brühwassers an der Brühwasserleitung (66) angeordnet ist.

16. Verfahrenzum Brühen eines Kaffees mit einer Kaffeemaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung eines Brühvorganges der Brühkolben (4) mittels Kolbenantrieb (62) in Richtung des mit Kaffeepulver befüllten Kaffeeaufnahmeraums (51) vorgetrieben, und bei Erreichen der Brühposition (BK) die Arretiereinrichtung (11) betätigt und der Brühkolben (4) gegen eine von der Brühkammer (3) weg gerichtete axiale Bewegung arretiert wird, und mittels der Wasserpumpe (62) unter Aufbau eines Brühwasserdrucks Brühwasser in die Brühkammer (3) gefördert und der Brühvorgang durchgeführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Wasserpumpe (62) ein auf den Brühkolben (4) wirkender Kolbenwasserdruck aufgebaut und der Brühkolben (4) durch den Kolbenwasserdruck in Richtung des Kaffeeaufnahmeraums (51) vorgetrieben wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Brühkolben (4) als Kaffeepresser wirkt und das Kaffeepulver im Kaffeeaufnahmeraum (51) zusammenpresst.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Brühkolben (4) auf das Kaffeepulver ausgeübte Pressdruck geringer ist als der während des Brühvorganges in entgegengesetzter Richtung auf den Brühkolben (4) ausgeübte Brühwasserdruck.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserpumpe (62) zum Aufbau eines Kolbenwasserdrucks über die Zuführwasserleitung (64) Wasser vom Wassertank (61) bezieht und dieses als Kolbenwasser in die Kolbenwasserleitung (65) pumpt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserpumpe (62) zum Aufbau eines Brühwasserdrucks in der Brühkammer (3) über die Zuführwasserleitung (64) Wasser vom Wassertank (61) bezieht und dieses als Brühwasser in die Brühwasserleitung (66) pumpt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der erzeugte Kolbenwasserdruck bis zum Ende des Brühvorgangs gehalten und zwecks Aufhebung der Arretierung und zum Zurückbewegen des Brühkolbens (4) in seine Ausgangsposition (AK) nach Abschluss des Brühvorganges wieder abgebaut wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbau des Kolbenwasserdruckes durch das Abführen von Kolbenwasser über die Abführwasserleitung (67) erfolgt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbau des Kolbenwasserdruckes durch das Rückführen von Kolbenwasser über die Rückführwasserleitung (67) in die Zuführwasserleitung (64) oder den Wassertank (61) erfolgt.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abbau des Kolbenwasserdruckes und zum Abführen bzw. Rückführen von Kolbenwasser das Wegeventil (70) über die Steuerungseinrichtung (20) geschaltet wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Brühvorganges der Kolbenwasserdruck abgebaut wird und Folge dessen die Arretierung gelöst und anschliessend der Brühkolben (4) über die Rückstellmittel (8) in seine Ausgangsposition (AK) zurückbewegt wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (20) die Wasserpumpe (60) zwischen einer Kolbenwassereinspeisung und einer Brühwassereinspeisung schaltet.