DE2353465A1

DE2353465A1 - Kaffeemaschine

Info

Publication number: DE2353465A1
Application number: DE19732353465
Authority: DE
Inventors: Niels Lervad Andersen; John Christensen; Flemming Thorsoe
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1972-11-08
Filing date: 1973-10-25
Publication date: 1974-05-30
Also published as: DK138300C; FR2205298B1; NL7315084A; DE2353465B2; JPS49134459A; DK138300B; FR2205298A1; GB1445608A

Description

Kaffeemaschine

Die Erfindung betrifft eine Kaffeemaschine mit einem hoch liegenden Wasserbehälter mit einer Entleerungsanordnung am Boden, der über ein Rohr mit einem elektrisch beheizten Wärmetauscher und einem an dessen anderes Ende angeschlossenen Steigrohr in Verbindung steht, mit einem Austrittsstutzen sowie einer Warmhalteplatte zum Aufsetzen einer Kaffeekanne unter dem Austrittsstutzen.

Bei solchen Kaffeemashinen ist es wichtig, ein Trockenkochen und eine Überhitzung des elektrischen Wärmetauschers, z. B. infolge von Verkalkung, zu vermeiden. Es sind Kaffeemaschinen bekannt, bei denen in Verbindung mit dem Austrittsstutzen des Wasserbehälters in einer Kammer ein Schwimmer mit einem Magneten angeordnet ist, der, wenn der Behälter entleert ist, auf den Boden der Kammer absinkt und ein Relais, z. B. ein Quecksilberrelais, aktiviert. Durch die Aktivierung des Relais wird der Stromkreis des elektrischen Wärmetauschers unterbrochen. Außerdem kann in Hintereinanderschaltung mit diesem Stromkreis zum Schutz des Heizkörpers eine Rücklötsicherung oder eine Thermostatsicherung angebracht sein, z. B. die Thermostatsicherung, die unter dem Namen "KLIXON" im Handel erhältlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kaffeemaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine einfache Über-

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wachung der Temperatur und des Vorhandenseins von Wasser erreicht wird und bei der sowohl die Schwimmeranordnung als auch die Thermostatsicherung entfallen können, ohne daß die Sicherheit darunter leidet.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in Reihe mit dem Heizkörper des Wärmetauschers ein PTC-Widerstand angebracht ist, der mit dem Zuleitungsrohr für kaltes Wasser mindestens thermisch verbunden ist.

Dadurch wird erreicht, daß das Kühlen des PTC-Wi der stan des aufhört, wenn der Wasserstrom nach Beendigung des Kaffeeaufbrühens aufhört, wodurch der PTC-Widerstand seine Curie-Temperatur erreicht, hochohmig wird und die Stärke des durch den Heizkörper fließenden Stroms auf einen unbedeutenden Wert abnimmt. Diese Wirkung wird verstärkt, wenn der PTC-Widerstand außerdem mit dem Wärmetauscher thermisch verbunden ist. Dadurch wird eine weitere Unterbrechung der Heizleistung erzielt, wenn der Wärmetauscher so verkalkt ist, daß die im Heizkörper entwickelte Wärme nicht an das Wasser abgegeben werden kann.

Der PTC-Widerstand wird somit von drei Faktoren "beeinflußt:

1. seiner eigenen Erwärmung infolge des ihn durchfließenden Stroms,

2. der Abkühlung durch das kalte Wasser und

3. der Erwärmung vom Wärmetauscher her.

Rein praktisch läßt sich dies konstruktiv dadurch erreichen, daß man den PTC-Widerstand elektrisch isoliert, jedoch thermisch verbunden auf einer Metallbrücke, die mit dem Wasserzuleitungsrohr und dem Wärmetauscher verlötet ist, so anordnet, daß der thermische Widerstand zwischen dem Zuleitungsrohr und dem PTC-Widerstand so gering wie möglich ist. Dabei kann dann der thermische Widerstand zwischen Wärmetauscher und PTC-Widerstand sowie die im PTC-Widerstand umgesetzte Leistung den Erfordernissen zur Erlangung des thermischen Gleichgewichts angepaßt werden.

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Vorzugsweise ist der Wärmetauscher ein zylindrischer Metallbehälter, um den ein elektrischer, vom Behälter isolierter Heizkörper angeordnet ist. \

Verwendet man einen ringförmigen PTC-Widerstand, so läßt sieh dieser in einem den oberen oder unteren Teil des Wärmetauschers bildenden, isolierenden Körper um einen Änschlußstutzen für die Wasserzuleitung einfach anordnen.

Ferner kann der Wärmetauscher selbst ein PTC-Widerstand sein.

PTC" " ·

Dabei muß das Wasser gegenüber dem/Widerstand elektrisch" isoliert sein.

Bei dieser Kaffeemaschine muß sich der PTC-Widerstand nach dem Aufbrühen einer Portion Kaffee Jedoch erst abkühlen, bevor eine Wiedereinschaltung des Heizkörpers bei Anwendung des PTC-Widerstandes als thermischer Schutz erfolgen kann. Denn der PTC-Widerstand nimmt in seinem warmen, hochohmigen Zustand zwar einen kleinen, aber dennoch genügend großen Strom auf, um sich auf dem Curie-Punkt zu halten.

Um hier Abhilfe zu schaffen, kann in Verbindung mit der Warmhalteplatte der Kaffeemaschine ein Mikroschalter angeordnet sein, der den Stromkreis des PTC-Widerstandes unterbricht, wenn die Kaffeekanne zum Einschenken des Kaffees entfernt wird.

Nach weniger als etwa einer Minute ist der PTC-Widerstand abgekühlt, so daß er niederohmig wird und nach Entleerung der Kaffeekanne sofort neues Wasser in die Kaffeemaschine gegossen und die Kanne auf die Warmhalteplatte gesetzt werden kann, wonach sich die Maschine automatisch wieder einschaltet.

Schließlich kann unter der Warmhalteplatte der Kaffeemasehlne ein vorzugsweise kreisrunder, scheibenförmiger PTC-Widerstand angeordnet sein, der ltiit der Heizwicklung des Wärmetauschers elektrisch in Reihe geschaltet ist und mit der Kaltwasserzuleitung in thermisch leitender Verbindung steht. Während des

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Aufbrühens wird der PTQ-Widerstand dabei von dem durchfließenden kalten Wasser kühl gehalten, und der Wärmetauscher erwärmt das durchfließende Wasser. Nach Beendigung des Aufbrühens hört die Kühlung auf und die Temperatur des PTC-Widerstands steigt über den Curie-Punkt an, so daß der PTC-Widerstand einerseits den fertig aufgebrühten Kaffee auf der gewünschten Temperatur und andererseits den Wärmetauscher ausgeschaltet halten kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung im Vergleich mit einer bekannten Kaffeemaschine näher beschrieben. In dieser stellt

Fig. 1 schematisch eine bekannte Kaffeemaschine,

Fig. 2 schematisch ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild der thermischen Verhältnisse,

Fig. 4 schematisch ein Ausführungsbeispiel für den thermischen Anschluß des PTC-Widerstands,

Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel für den thermischen Anschluß des PTC-Widerstands,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines aus ringförmigen PTC-Widerständen aufgebauten Wärmetauschers,

Fig. 7 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Kaffeemaschine nach der Erfindung dar.

Fig. 1 stellt eine bekannte Kaffeemaschine schematisch dar. Zunächst wird kaltes Wasser in den Wasserbehälter 1 gegossen und die Netzspannung an die Klemmen 2 gelegt. Am Boden des Wasserbehälters ist eine Schwimmeranordnung 3 mit einem Magneten 4 angebracht, die sich vom Boden abhebt, wenn der Behälter 1 mit Wasser gefüllt wird. Der Schwimmer wird durch ein Netz 5 daran gehindert, an die Wasseroberfläche zu steigen. Wenn sich

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der Schwimmer vom Austritt 6 des Wasserbehälters abgehoben hat, wird eine magnetisch betätigte Kontaktanordnung 7 freigegeben, die nun nicht langer durch den Magneten 4 beeinflußt wird. Der Heizkörper 9 des Wärmetauschers 10 wird dadurch an die Netzspannung angeschlossen und erwärmt das im Austrittsrohr 8, dem Wärmetauscher 10 sowie dem Steigrohr 11 befindliche Wasser, das während des Auffüllens des Wasserbehälters 1 ein Niveau im Steigrohr eingenommen hat, das dem Niveau des Wassers im Wasserbehälter 1 entspricht. Wenn sich das im Wärmetauscher 10 befindliche Wasser dem Siedepunkt nähert, steigt das Wasser durch das Steigrohr 11 nach oben und fließt in die auf der Warmhalteplatte angeordnete Kaffeekanne 13 mit dem Kaffeefilter 14 ab. Eine Verengung 15 des Rohrs 8 zwischen dem Wasserbehälter 1 und dem Wärmetauscher 10 hindert das kochende Wasser daran, rückwärts zu fließen. Hier läßt sich auch ein Rückschlagventil einsetzen. Die Warmhalteplatte 12 liegt über die Klemmen 2 direkt an. der Netzspannung. Die Temperatur der Warmhalteplatte 12 ist nicht thermostatisch geregelt, sondern die Warmhalteplatte ist so ausgelegt, daß der fertig aufgebrühte Kaffee eine Temperatur von 70-80°C- beibehält. Diese Temperatur ist etwas von der Kaffeemenge, der Netzspannung und der Umgebungstemperatur abhängig.

Wenn der Wasserbehälter 1 entleert ist, sinkt der Schwimmer mit dem Magneten 4 auf den Boden der Kammer, so daß das Quecksilberrelais 7 betätigt und der Strom zum Wärmetauscher 10 unterbrochen wird. Wegen der Gefahr einer Verstopfung (z. B. infolge Verkalkung) ist der Wärmetauscher 10 außerdem durch eine wiedereinschaltbare thermostatische Sicherung 15 abgesichert (bei der es. sich z. B-. um eine Sicherung handeln kann, die im Handel unter der Bezeichnung "KLIXON" erhältlich ist).

Fig. 2 stellt ein erstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung schematisch dar. Die dargestellten Bauteile sind, soweit es sich um gleiche Bauteile handelt, mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Vom Wasserbehälter 1 führt ein Verbindungsrohr 8 direkt zum Wärmetauscher 10, aus dem das Wasser in der bereits erwähnten Weise durch das Steigrohr 11 zu einem .Aus-

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tritt über der Kaffeekanne 13 geleitet wird. Hier liegt in Reihe mit dem Heizkörper 9 des Wärmetauschers 10 ein PTC-Widerstand 17, der über eine thermisch leitende Haltevorrichtung 18 sowohl mit dem Kaltwasser-Zuleitungsrohr 8 als auch mit dem Wärmetauscher 10 thermisch verbunden ist. Der PTC-Widerstand 17 steht somit unter dem Einfluß sowohl seiner Eigenerwärmung infolge des durch den Heizkörper fließenden Stroms, als auch der Temperatur der Kaltwasserzuleitung und der Oberflächentemperatur des Wärmetauschers. Die Haltevorrichtung ist so befestigt, daß genau definierte thermische Widerstände R^₁ und Rm₂ zwischen dem PTC-Widerstand 17 und dem Zuleitungsrohr für kaltes Wass,er bzw. dem Wärmetauscher bestehen. Der elektrische Kaltwiderstand R_EK des PTC-WiderStandes (der sehr viel kleiner als der Widerstand des Heizkörpers 9 ist) ist so gewählt, daß die in dem PTC-Widerstand infolge des Wärmetransports durch die thermischen Widerstände umgesetzte Leistung nicht imstande ist, die Temperatur des PTC-Widerstands über die Curie-Temperatur hinauszubringen, solange das System von Wasser durchflossen wird. Wenn der Wasserstrom aufhört (nach Beendigung des Kaffeeaufbrühens), hört gleichzeitig die Abkühlung über Rm^ auf, während die Erwärmung über Rmp gleichzeitig zunimmt, wonach der PTC-Widerstand seine Curie-Temperatur erreicht und hochohmig (viel größer als der Widerstand des Heizkörpers 9) wird, und daher wird die Stärke des durch den Heizkörper fließende!Stroms auf einen unbedeutenden Wert verringert.

Sieht man von den übrigen thermischen Einflüssen ab, so lassen sich die Verhältnisse durch das elektrische Ersatzschaltbild nach Fig. 3 darstellen. Aus diesem Ersatzschaltbild läßt sich folgender Ausdruck zur Dimensionierung ableiten:

T - ^T1 * ^RT2 ^{+ T}2 ' ^RT1 + ^WPTC ' ^RT1'· ^RT2 S _T PTC "~ ^RT1 + ^RT2 ^ Curie,

AO 9 8 2-2/072 Λ

und wenn das Wasser verbraucht ist, gilt für den Zustand über dem Curie-Punkt folgendes:

' ^RT2 ^{+ T}*2 ^{# R}T1 ^{+ ¥}PTC ·' ^RT1 . ^RT2 _{χ φ}

> ^Curie

T1 **" T2

Diese beiden Bedingungen sind für zahllose Werte der Parameter R_T1» R₁₂' ^WPTC ^*¹^ ^TCurie ^erfüllt' ^{was sicn in der Praxis in} verschiedenen konstruktiven Gestaltungen auswirken kann.

In Fig. 4 ist z. B. ein PTC-Widerstand 17 dargestellt, der elektrisch isoliert auf einer Metallbrücke 18 angebracht ist, die mit dem Zuleitungsrohr 8 und dem Wärmetauscher 10 so verlötet ist, daß der thermische Widerstand R^₁ zwischen Zuleitungsrohr und PTC-Widerstand minimal ist, während der thermische Widerstand Rm₂ zwischen Wärmetauscher und PTC-Widerstand sowie die im PTC-Widerstand umgesetzte elektrische Leistung so bemessen sind, daß die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt sind. ,. ^; ' . - -

Fig. 5 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel dar, bei deqi&er Boden des Wärmetauschers aus einem unter hohem Druck gepreßten isolierenden Körper 19 mit einem Anschlußstutzen 20 für das kalte Wasser besteht, an dem ein ringförmiger PTC-Widerstand 21 so befestigt ist, daß die thermischen Impedanzbedingungen erfüllt sind.

Fig.β stellt ein anderes Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers dar, bei dem der Heizkörper des Wärmetauschers als solcher aus einem PTC-Widerstand besteht. Der Wärmetauscher kann hi.er aus einem zylindrischen PTC-Widerstand aufgebaut oder aus mehreren ringförmigen PTC-Widerständen zusammengebaut sein« Es ist indessen dafür gesorgt, daß sowohl das Wasser als^HSCe Rohrleitungen gegenüber dem Pf!-Widerstand elektrisch isoliert sind, damit das Wasser nicht stromführend wird.

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Fig. 7 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel der Kaffeemaschine dar, bei dem der Heizkörper der Warmhalteplatte 12 der Kaffee-, maschine aus einem vorzugsweise kreisrunden, scheibenförmigen PTC-Widerstand 22 besteht, der während des Kaffeeaufbrühens von dem durchfließenden kalten Wasser kühl gehalten wird, während seine Temperatur nach Beendigung des Aufbrühens bis über die Curie-Temperatur ansteigt, wodurch er imstande ist, einerseits den fertig aufgebrühten Kaffee auf der gewünschten Temperatur und andererseits den Wärmetauscher ausgeschaltet zu halten.

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Claims

, Patentansprüche

Kaffeemaschine mit einem hoch liegenden Wasserbehälter mit einer Entleerungsanordnung am Boden, der über ein Rohr mit einem elektrisch beheizten Wärmetauscher und einem an dessen anderes Ende angeschlossenen Steigrohr in Verbindung steht, mit einem Austrittsstutzen sowie einer Warmhalteplatte zum Aufsetzen einer Kaffeekanne unter dem Austrittsstutzen, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Heizkörper

(9) des Wärmetauschers (10) ein PTC-Widerstand angeordnet ist, der mit dem Zuleitungsrohr (8; 20) für kaltes Wasser mindestens thermisch verbunden ist.
2. Kaffeemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstand (17) außerdem mit dem Wärmetauscher

(10) thermisch verbunden ist»
3. Kaffeemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstand elektrisch isoliert, aber thermisch verbunden auf einer Metallbrücke (18) angebracht ist, die mit dem Wasserzuleitungsrohr (8) und dem Wärmetauscher (10) verlötet ist.
4. Kaffeemaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Widerstand (R™^) zwischen Wasserzuleitungsrohr (8) und Wärmetauscher so klein wie möglich gehalten ist.
5ο Kaffeemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher ein zylindrischer Metallbehälter ist, um den ein elektrischer, vom Behälter isolierter Heizkörper angeordnet ist.
6. Kaffeemaschine nach einem der Ansprüche 1,2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstand ringförmig ist und in einem den unteren oder oberen Teil des Wärmetauschers bildenden^ isolierenden Körper um einen Anschlußstutzen (20)

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für die Wasserzuleittang (8) angeordnet ist.
7. Kaffeemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher selbst ein PTC-Widerstand ist.
8. Kaffeemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Verlandung mit der Warmhalteplatte (12) ein Mikroschalter angeordnet ist, der den Stromkreis des PTC-Widerstands unterbricht, wenn die Kaffeekanne (13) entfernt ist.
9. Kaffeemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Warmhalteplatte (12) der Kaffeemaschine ein vorzugsweise kreisrunder, scheibenförmiger PTC-Widerstand (22) angeordnet ist, der mit der Heizwicklung des Wärmetauschers (10) elektrisch in Reihe geschaltet ist und mit der Kaltwasserzuleitung (8) in thermisch leitender Verbindung steht.

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ORIGINAL INSPECTED