DE202009000258U1 - Brühgruppe mit weitgehend gleichbleibender Pulververdichtung - Google Patents

Abstract

Brühgruppe eines Kaffeevollautomaten
– mit einer Brühkammer (10) zur Aufnahme und zum Auslaugen von Kaffeepulver,
– mit einem Brühkolben (12) zum Verdichten in der und zum Auswurf des verdichteten Kaffeepulvers aus der Brühkammer (10),
– mit einer Federeinrichtung (14) zum Antrieb des Brühkolbens (12),
dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (14) im Lastbereich der Verdichtung eine weitgehend lineare und flache Federkennlinie aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Brühgruppe eines Kaffeevollautomaten mit einer Brühkammer zur Aufnahme und zum Auslaugen von Kaffeepulver, mit einem Brühkolben zum Verdichten in der und zum Auswurf des verdichteten Kaffeepulvers aus der Brühkammer, und mit einer Federeinrichtung und einer Kniehebelmechanik zum Betrieb des Brühkolbens.
• In der EP 0 154 206 B1 ist eine Vorrichtung zur Zubereitung von Heißgetränken, insbesondere von Kaffee, mit einem Gehäuse und einer Vielzahl darin angeordneter Vorrichtungen, unter anderem einer Anordnung zum Ausstoßen des ausgelaugten Getränkepulvers aus einer Brühkammer, mit Antriebs- und Steuermitteln für die Einrichtungen, wobei vorgegebene Teile der Vorrichtung als Baugruppe lösbar mit dem Gehäuse verbunden sind und die so gebildete Baugruppe als Einschubmodul ausgebildet und als ganzes in das Gehäuse einschiebbar ist. Die Vorrichtung weist dazu einen Baugruppenträger auf, der die einer Verschmutzung durch das Getränkepulver bzw. durch das zubereitete Getränk unterworfenen Teile, nämlich die Brühkammer, ihr Verschlussorgan, einen Getränkeauslass sowie die Anordnung zum Ausstoßen bzw. Entfernen des ausgelaugten Getränkepulvers zur Bildung der Baugruppe aufnimmt. Das Verschlussorgan ist ein Stempel, der von einer offenen Oberseite in die zylindrische Brühkammer eingefahren werden kann. Die Anordnung zum Ausstoßen bzw. Entfernen des ausgelaugten Getränkepulvers ist ein dem Verschlussorgan entgegen gerichteter Kolben, der von der dem Verschlusskolben gegenüberliegenden Seite aus in die Brühkammer eingefahren werden kann.
• Die zugehörige Mechanik, die die Verdichtung des Kaffeepulvers und das Ausstoßen des Tresters bewirkt, folgt im allgemeinem dem Kniehebelprinzip. Es ist einfach, sicher und kostengünstig. Andererseits verdichtet es unterschiedliche Pulvermengen beim Schließen der Brühgruppe unterschiedlich stark, bevor der eigentliche Brühvorgang startet. Auch eine geringere Menge an gemahlenem Kaffeepulver muss in der Brühkammer bis zu einer gewissen Mindestdichte verpresst werden, damit nach dem Brühen das ausgelaugte Kaffeepulver als kompakter Tresterkuchen aus der Brühgruppe ausgestoßen werden kann.
• Die schwankende Pulvermenge kann beispielsweise durch den Benutzer selbst hervorgerufen werden, in dem er einen stärkeren oder einen schwächeren Kaffee wählt. Auch unterschiedliche Kaffeebohnengrößen, Toleranzen und Abnutzung im Mahlwerk, Netzspannungsschwankungen, Luftfeuchtigkeit und die dem Benutzer ggf. eröffnete Möglichkeit, bereits gemahlenes Kaffeepulver in variabler Menge in die Brühgruppe zu füllen, können zu weiteren Mengenabweichungen führen.
• Eine geringe Kaffeepulvermenge erfordert einen relativ langen Verschubweg des Kolbens, an dessen Wegende noch eine minimale Verpresskraft einwirken muss. Eine größere Kaffeemenge, für die ein kürzerer Verschubweg genügen würde, wird mechanisch bedingt mit demselben Verschubweg und daher grundsätzlich mit einer größeren Kraft verpresst. Zu stark verpresstes Pulver wird oft nur unzureichend ausgelaugt, weil das Brühwasser nicht mehr homogen durch das Pulver strömt, sondern es auf bereits ausgespülten „Kanälen" passiert. Das Resultat ist ein bezüglich der eingesetzten Pulvermenge wenig intensiver Kaffee. Unterschiedlichen Pulvermengen wird daher mit einer in der Brühkammer angeordneten Federlagerung des Ausstoßkolbens begegnet, der die Verpresskraft weitgehend vergleichmäßigen soll.
• Aus konstruktiven Gründen, beispielsweise aufgrund des geringen Platzbedarfs wegen der kompakten Bauweise der Kaffeezubereitungsgeräte, wegen möglichen Temperaturverlusts und nichtnutzbaren Restwasser, sind sowohl die Federlänge als auch der Federweg weitgehend begrenzt. Daraus resultiert eine relativ steile Federkennlinie der verwendeten Federn als Antrieb des Kolbens.
• Aufwendigere Kaffeezubereitungsgeräte lösen das Problem, in dem eine Spindel über einen separaten Elektromotor angetrieben wird, die unabhängig von der zu komprimierenden Kaffeepulvermenge einen im Wesentlichen gleich bleibenden Komprimierungsdruck hervorruft.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Vorrichtung anzugeben, die weitgehend unabhängig von der zu komprimierenden Kaffeepulvermenge eine weitgehend gleiche Komprimierungskraft zur Verfügung stellt.
• Diese Aufgabe wird bei der eingangsgenannten Brühgruppe dadurch gelöst, dass die Federeinrichtung im Lastbereich der Verdichtung eine weitgehend lineare, aber sehr flache Federkennlinie aufweist. Die Federkennlinie ergibt sich als Verhältnis aus Verformung und der dafür aufgewendeten Kraft. Eine flache Federkennlinie bedeutet also einen relativ großen Verformungsweg unter relativ geringer Verformungskraft, also eine weiche Feder. Für einen längeren Federweg ist also eine nur unwesentlich höhere Federkraft erforderlich. Angewandt auf eine Brühgruppe bedeutet es, dass auch unterschiedliche Kaffeepulvermengen, die unterschiedliche Verschubwege hervorrufen, dennoch mit nahezu der gleichen Federkraft komprimiert werden. Der Einsatz einer derartigen weichen Feder stellt also eine mechanisch einfache und daher kostengünstige Alternative gegenüber aufwendigen Spindeltrieben mit einem separaten Elektromotor dar. Als Federkennziffer bzw. Federrate hat sich ein Wert von maximal etwa 1,5 N/mm als geeignet erwiesen.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Federeinrichtung eine stabförmige Knickfeder. Sie bietet eine ideale flache, fast horizontale Federkennlinie, die den oben genannten Anforderungen entspricht. Damit ist eine günstige technische Möglichkeit angegeben, um eine nahezu gleiche Kompressionskraft auf unterschiedliche Kaffeepulvermengen in der Brühgruppe zu erzeugen. Aus Platzgründen kann ein mehrfaches Knicken der Knickfeder vorgesehen sein, um bei ihrer Auslenkung weniger Platz in der Breite zu benötigen.
• Stabförmige Knickfedern erfordern also einen gewissen seitlichen Platzbedarf. Daher wird nach einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung eine Spiralfeder mit einer niedrigen Federkonstante als Federeinrichtung eingesetzt. Mit einer Spiralfeder lässt sich ein wesentlich kompakterer Aufbau der Brühkammer erzielen, der sich positiv auf die Restwassermengen und auf mögliche Temperaturverluste auswirkt.
• Eine weiche Spiralfeder kann auch einen längeren Federweg zur Aktivierung der gewünschten Federkraft erfordern. Daher wird nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Federeinrichtung durch zwei oder mehr Spiralfedern gebildet. Die Spiralfedern werden also parallel geschaltet, wodurch auch der Federweg „parallel" geführt und damit kürzer ausfallen kann. Dies kommt einer kompakten Bauweise bei einem geringen Platzbedarf der Brühgruppe in der Kaffeemaschine entgegen.
• Die Dimensionen der Feder der Federeinrichtung haben Auswirkungen auf das Volumen der Brühkammer, weil die Federeinrichtung innerhalb der Brühkammer angeordnet wird. Je größer der Platzbedarf der Federn, umso höher auch der ungenutzte Restwasserbedart und damit der Gesamtbedarf an Zubereitungswasser. Da das Restwasser nicht für die Kaffeezubereitung zur Verfügung steht und außerdem aus der Sammelschale für Restwasser entfernt werden muss, wirkt sich eine große Restwassermenge doppelt negativ aus. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Federeinrichtung daher außerhalb der Brühkammer angeordnet. Ihre Dimensionierung wird damit unabhängig von der Federeinrichtung, so dass sie hinsichtlich der Restwassermenge sogar noch optimiert, also ggf. verkleinert werden kann.
• Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert.
• Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Brühgruppe 8. Sie umfasst einen Brühkammerzylinder 10, auf dem ein Brühkolben 12 zentrisch verschiebbar gelagert ist. Er besteht aus einer Kolbenstange 18 und einem tellerförmigen Kolbenstempel 24. Er wirkt mit einer Federeinrichtung 14 zusammen, die außerhalb des Brühkammerzylinders 10 angeordnet ist und zwei Spiralfedern 16 eine im Wesentlichen U-förmige Federanlenkung 22 umfasst. Die Spiralfedern 16 sind zwischen einem Widerlager 30 und der Federanlenkung 22 angeordnet.
• Der Brühkolben 12 durchbricht mit seiner Kolbenstange 18 einen Boden 20 des Brühkammerzylinders 10 und die Federanlenkung 22, die am Brühkammerzylinder 10 im Bereich des Bodens 20 außenseitig angebracht ist. Unterhalb seines Kolbenstempels 24 bildet der Brühkolben 12 an der Kolbenstange 18 eine Verdickung 26 aus, deren Durchmesser größer ist als ein Durchbruch 28 in der Federanlenkung 22.
• Zur Verdichtung von Kaffeepulver, das in den Brühkammerzylinder eingefüllt wird, wird die gesamte Brühgruppe 8 über einen nicht dargestellten Kniehebelmechanismus gegen einen ebenfalls nicht gezeigten feststehenden Verdichtungskolben verschoben. Die Kniehebelmechanik legt einen immer gleichen Verschubweg der Brühgruppe 8 bei der Verdichtung zurück. Sie ist auf eine Mindestverpressung von ca. 0,026 N/mm² für eine Mindestmenge von Kaffeepulver festgelegt. Um unterschiedliche Mengen an Kaffeepulver im Brühkammerzylinder 10 jedoch durch den festgelegten Verschubweg nicht mit ebenso stark unterschiedlichen Verpresskräften zu beaufschlagen und damit stark unterschiedliche Brühergebnisse zu erzielen, ist der Brühkolben 12 federnd gelagert. Bei einer größeren Menge an Kaffeepulver kann er also auf dem Verdichtungsweg nachgeben, sodass eine größere Kaffeepulvermenge nicht unnötig stark verpresst wird.
• Die Steifigkeit der Federungseinrichtung 14 bestimmt also damit das Verpressergebnis maßgeblich mit. Sie umfasst daher die zwei Spiralfedern 16, die außerhalb des Brühkammerzylinders 10 angeordnet sind. Sie sind zwischen Widerlagern 30 einerseits und der Federanlenkung 22 andererseits geringfügig vorgespannt. Wird nun der Brühkolben 12 während der Verdichtung des Kaffeepulvers mit einer Verpresskraft beaufschlagt, weicht er in der Verschubrichtung R der auf ihn wirkenden Kraft aus. Nach einem bestimmten Verschubweg erreicht die Verdickung 26 seiner Kolbenstange 18 den Durchbruch 28 der Federanlenkung 22. Bei fortgesetzt wirkender Verpresskraft infolge einer größeren Kaffeepulvermenge verschiebt die Verdickung 26, die nicht durch den Durchbruch 28 passt, die Federanlenkung 22 entgegen der Federkraft der Spiralfedern 16 in Richtung R.
• Dieser Zustand wird bei jedem Verpressvorgang erreicht. Die Vorspannung Federn 16 sorgt dafür, dass bereits vom Belastungsbeginn der Federn 16 an eine Gegenkraft vorhanden ist, die eine Mindestverdichtung sicherstellt. Je größer die Kaffeemenge, umso größer also die Auslenkung des Kolbens 12 in Richtung R, umso größer ist auch die durch die Federn 16 aktivierte Gegenkraft. Eine größere Kaffeemenge wird daher mit einer größeren Verpresskraft verdichtet als eine kleinere Kaffeepulvermenge. Der Druck, mit dem das Kaffeepulver in der Brühkammer verpresst wird, sollte sich jedoch möglichst in einem Bereich zwischen 0,026 N/mm² und 0,038 N/mm² bewegen. Darauf sind die Spiralfedern 16 ausgelegt.
• Die beiden parallel angeordneten Spiralfedern 16 weisen eine sehr flache Federkennlinie auf, sie sind also sehr weich. Ihre Federziffer beträgt jeweils ca. 0,625 N/mm, wegen ihrer Parallelschaltung zusammen ca. 1.25 N/mm. Dies bedeutet, dass sie in einer Näherung sowohl bei großen als auch bei geringeren Auslenkungswegen eine nahezu konstante Gegenkraft aufüben. Unterschiedliche Kaffeemengen, die unterschiedliche Auslenkungswege der Spiralfedern 16 hervorrufen, werden dennoch mit nahezu der gleichen Ver presskraft verdichtet. Die Pressung sollte einen Wert von 0,038 N/mm² möglichst nicht überschreiten. Dies ist nur zu erreichen, weil die Spiralfedern 16 außerhalb des Brühkammerzylinders 10 angeordnet sind. Denn dort ist genügend Platz vorhanden, um relativ weiche Federn 16 auf dem erforderlichen, verhältnismäßig langen Auslenkungsweg des Brühkolbens 12 komprimieren zu können. Wegen der dafür erforderlichen geringen Federziffern der Spiralfedern 16 könnte die erforderliche Gegenkraft zur ausreichenden Verdichtung des Kaffeepulvers durch eine einzelne Feder 16 nicht aufgebracht werden.
• Durch die Parallelanordnung der Spiralfedern 16 außerhalb der Brühkammer 10 wird also erreicht, dass der Brühkolben 12 auch bei einer großen Kaffeepulvermenge und seiner Auslenkung bis fast zum Ende des Federwegs bzw. einer nahezu vollständigen Kompression der Spiralfedern 16 nur eine geringfügig größere Verpresskraft auf das Kaffeepulver ausübt als bei einer geringeren Pulvermenge. Auch größere Kaffeepulvermengen werden daher nicht zu stark verdichtet, sodass die gute Durchströmung des Kaffeepulvers auch bei großen Kaffeepulvermengen sichergestellt ist.
• Die Anordnung der Federn 16 außerhalb der Brühkammer 10 hat außerdem eine geringere nicht nutzbare Restwassermenge je Zubereitungsvorgang zur Folge. Die Federn 16 beanspruchen nunmehr keinen Bauraum in der Brühkammer 10, der bei einer Brühung mit Brühwasser gefüllt, aber für ein Getränk nicht zur Verfügung steht. Es muss ungenutzt in eine Auffangschale für Restwasser abgegeben werden. Durch den Entfall der Federn 16 innerhalb der Brühkammer 10 kann sie kleiner dimensioniert und dadurch der Restwasseranteil je Brühvorgang vermindert werden.
• Da es sich bei der vorhergehenden, detailliert beschriebenen Brühgruppe um ein Ausführungsbeispiel handelt, kann sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen der Brühkammer, der Federanlenkung und des Brühkolbens in anderer Form als in der hier beschriebenen folgen, wenn dies aus Platzgründen bzw. aus designerischen Gründen notwendig ist. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.

8

Brühgruppe

10

Brühkammerzylinder

12

Brühkolben

14

Federeinrichtung

16

Spiralfeder

18

Kolbenstange

20

Boden

22

Federanlenkung

24

Kolbenteller

26

Verdickung

28

Durchbruch

30

Widerlager

R

Verschubrichtung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• - EP 0154206 B1 [0002]

Claims (5)

1. Brühgruppe eines Kaffeevollautomaten – mit einer Brühkammer (10) zur Aufnahme und zum Auslaugen von Kaffeepulver, – mit einem Brühkolben (12) zum Verdichten in der und zum Auswurf des verdichteten Kaffeepulvers aus der Brühkammer (10), – mit einer Federeinrichtung (14) zum Antrieb des Brühkolbens (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (14) im Lastbereich der Verdichtung eine weitgehend lineare und flache Federkennlinie aufweist.
2. Brühgruppe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch stabförmige Knickfedern als Federeinrichtung.
3. Brühgruppe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spiralfeder (16) mit einer niedrigen Federkonstante als Federeinrichtung (14).
4. Brühgruppe nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei Spiralfedern (16) als Federeinrichtung (14).
5. Brühgruppe nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (14) außerhalb der Brühkammer (10) angeordnet ist.