DE2531390A1

DE2531390A1 - Verfahren und vorrichtung zum roesten von kaffeebohnen

Info

Publication number: DE2531390A1
Application number: DE19752531390
Authority: DE
Inventors: Michael Sivetz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-11-11
Filing date: 1975-07-14
Publication date: 1976-05-13
Also published as: US3964175A; DE2531390C2

Description

Corvallis, Oregon 97330, Y.St.A.

Patentanmeldung

Verfahren und Vorrichtung zum Rösten von Kaffeebohnen

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum zweckmäßigen Übertragen von Wärme mit Hilfe von Luft auf Kaffeebohnen derart, daß die Erzielung einer gleichmäßigen Röstung der Kaffeebohnen gewährleistet ist.

In neuerer Zeit haben die allgemein kommerziell angewendeten Verfahren zum Rösten von Kaffeebohnen bezüglich einer Verbesserung ihres Wirkungsgrades oder einer Vereinfachung keine bemerkenswerten Veränderungen erfahren. Die Verfahren, nach denen bei den in großem Umfang benutzten Einrichtungen zum Rösten von Kaffeebohnen gearbeitet wird, sind praktisch noch die gleichen wie die vor über fünfzig Jahren angewendeten. Eine Ausnahme besteht jedoch darin, daß vor etwa vierzig Jahren von der Firma Jabez Burns & Sons, Inc. in den Vereinigten Staaten eine kontinuierlich arbeitende Röstmaschine mit einer rotierenden Trommel entwickelt wurde. Bei den allgemein gebräuchlichen bekannten Röstmaschinen werden rotierende zylindrische Rösttrommeln aus Stahl benutzt, die zu etwa 15% ihres Rauminhalts mit Kaffeebohnen gefüllt und um eine waagerechte Achse bei typischen Anordnungen mit einer Drehzahl von 60 bis 90 U/min gedreht werden. Um die Rösttrommel herum sowie durch die Trommel, jedoch nicht notwendigerweise Äurch die darin enthaltenen Kaffeebohnen werden ständig erneut umgewälzte heiße Gase geleitet, die sich auf einer Temperatur von etwa 343 bis

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371⁰C oder darüber befinden. Die Röstzeiten variieren von 10 bis 30 min, und hierbei läßt sich nicht laufend eine gleichmäßige Röstung erreichen.

Beim Betrieb dieser bekannten Kaffeeröstmaschinen werden große Mengen an Rauch, Nebelstoffen, organischen Dämpfen und Aerosolen aus feinverteilten Ölen freigesetzt. Seitdem die verschiedensten Behörden Vorschriften über die Erhaltung der Reinheit der Luft erlassen und in Kraft gesetzt haben, sind die Kaffeeröstereien gezwungen, mit großem Kapitalaufwand Einrichtungen zur Reinhaltung der Luft zu beschaffen, z.B. sogenannte "Nachbrenner", deren Verwendung zu einer Verdoppelung des Brennstoffverbrauchs und der Betriebskosten geführt hat.

Bis jetzt wird die Bewegung der heißen Gase durch die Masse der zu röstenden Kaffeebohnen nicht zwangsläufig geregelt. Stets wird eine gewisse Anzahl von Kaffeebohnen angekohlt oder verbrannt, da diese Kaffeebohnen während einer nur wenige Sekunden überschreitenden Zeitspanne in Berührung mit den sehr heißen Wänden der Trommel aus Metall bleiben. Zwar läßt die hohe Temperatur der benutzten Gase eine Verkürzung der Röstzeiten auf z.B. 5 niin zu, doch ergibt sich hierbei als Begleiterscheinung der Nachteil, daß die Kaffeebohnen weniger gleichmäßig geröstet werden, daß zahlreiche Kaffeebohnen verkohlen, und daß von den Kaffeebohnen übermäßig große Mengen an flüchtigen Stoffen, pflanzlichen Ölen, verkohltem Material und abgebauten organischen Stoffen abgegeben werden, die ihrerseits zu einer Verschlechterung des Kaffeearomas und zu einer erheblichen Luftverschmutzung führen.

Die von den Kaffeebohnen abgegebenen flüchtigen Stoffe haben einen hohen Gehalt an aromatischen Aldehyden und Ketonen, d.h. chemischen Bestandteilen, die bei den Temperaturen sehr unstabil sind, welche in den bekannten Rösttrommeln herrschen.

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Innerhalb weniger Sekunden entstehen aus den freigesetzten Aldehyden oxidierte und polymerisierte Nebenprodukte, und diese chemischen Nebenprodukte führen zur Bildung von Rauch, der in Berührung mit den zu röstenden, noch reinen Kaffeebohnen kommt und sie verunreinigt, wodurch das erzielte Aroma beeinträchtigt wird. In Verbindung mit abgelösten Spreuteilchen bilden diese organischen Nebenprodukte Ablagerungen auf den Wänden der Rösttrommeln und anderer Einrichtungen, mit denen sie in Berührung kommen. Wenn eine Verunreinigung der Kaffeebohnen und die Brandgefahr möglichst weitgehend ausgeschaltet werden sollen, ist es daher bis jetzt erforderlich, die Rösttrommeln in kurzen Zeitabständen zu reinigen und die verkohlten öligen Verkrustungen zu beseitigen. Außerdem entstehen bei der Hochtemperaturröstung schädliche unlösliche Stoffe, z.B. auch die in der US-Patentschrift 3 809 775 genannten Carcinogene.

Weitere Einzelheiten und Nachteile der in großem Umfang kommerziell gebräuchlichen Röstverfahren und Röstmaschinen finden sich in Band 1, S. 203 bis 226, sowie 235 Ms 238 des zweibändigen Werks des Anmelders, das unter dem Titel "Coffee Processing Technology" von der AVI Publishing Co. Inc., Westport, Connecticut, V.St.A., im Jahre 1963 veröffentlicht wurde.

Ss sind bereits verschiedene Versuche unternommen worden, ein Verfahren zu schaffen, das es gestattet, eine aus Kaffeebohnen bestehende Masse zu fluidisieren und hierdurch eine Verbesserung der Röstung zu verzielen. Ein derartiger Vorschlag findet sich z.B. in der US-Patentschrift 2 859 116, die das Rösten eins Materials vom Kaffeebohnentyp unter Benutzung eines sich von unten nach oben bewegenden heißen Frischluftstroms lehrt, mittels dessen die Bohnen in einer stehend angeordneten konischen Röstkamraer suspendiert werden. Jedoch lehrt diese US-Patentschrift nicht, auf welche Weise die Fluidisierung der Bohnen und die Röstkammertemperatur geregelt werden sollen, um eine gleichmäßige Röstung ohne Ver-

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brennungserscheinungen zu gewährleisten. Bei dem Verfahren nach dieser US-Patentschrift müssen die beim Rösten entstehenden unerwünschten dampfförmigen organischen Nebenprodukte gereinigt bzw. entfernt werden, bevor das Heizgas erneut umgewälzt werden kann; diese Einschränkung wird durch die vorliegende Erfindung vermieden.

In der US-Patentschrift 3 060 590 ist eine komplizierte, mit kontinuierlicher Durchströmung arbeitende Vorrichtung beschrieben, bei der ein dünner Vorhang aus festen Teilchen mit Hilfe mehrerer nach unten gerichteter Rohre zum Abgeben von Luftströmen fluidisiert wird. Diese Vorrichtung unterscheidet sich jedoch weitgehend von der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, und sie ist nicht eigens zum Rösten von Kaffeebohnen bestimmt. Das Verfahren nach dieser US-Patentschrift ermöglicht es nicht, ein dichtes kubisches, im Schwebezustand befindliches Fließbett aus Kaffeebohnen in einer ständig umgewälzten fludisierten Masse zu erzeugen. Außerdem ergeben sich Wärmeverluste durch die Ableitung von Wärme durch eine untere Fördereinrichtung aus Metall. In der US-Patentschrift 3 263 339 ist eine sogar noch kompliziertere, mit einem Fallstrom arbeitende Vorrichtung beschrieben, bei der Umlenkorgane und Abweiser verwendet werden, um eine Verdichtung der zu behandelnden fluidisierten teilchenförmigen Masse zu erreichen. Durch die vorliegende Erfindung werden die sich bei dieser bekannten Vorrichtung ergebenden Komplikationen und Nachteile vermieden.

Eine spezielle Art der Fluidisierung ist in der US-Patentschrift 2 876 557 behandelt, in der eine kontinuierlich arbeitende Behandlungsvorrichtung beschrieben ist, wobei jedoch nur allgemein von einem komplizierten Satz von mit Umlenkorganen versehenen Kammern die Rede ist, in denen verschiedene nach oben gerichtete Luftströme Teilchen von unten nach oben von einer Behandlungsstelle zu einer anderen Behandlungsstelle fördern; es werden jedoch keine näheren Angaben gemacht, die

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sich auf die Behandlung von Kaffeebohnen in einer solchen Vorrichtung beziehen. Im Hinblick auf die tatsächlich gemachten Angaben erscheint es zweifelhaft, daß sich mit Hilfe einer solchen Vorrichtung Kaffeebohnen einwandfrei rösten lassen würden. Sowohl, das Verfahren als auch die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich weitgehend von den in dieser US-Patentschrift gemachten Vorschlägen.

In der US-Patentschrift 3 149 976 ist eine kolonnenförmige Röstvorrichtung beschrieben, in der fluidisierte Teilchen kaskadenförmig von einer Platte zur nächsten herabfallen, während warme Luft von unten nach oben zwischen den Teilchen hindurchströmt. Auch bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung besteht keine Ähnlichkeit mit der vorliegenden Erfindung.

In der US-Patentschrift 3 486 240 ist eine komplizierte, mehrstöckige, sich in radialer Richtung erstreckende, mehrere Kammern aufweisende Röstvorrichtung der Karussell-Bauart beschrieben, bei der ein erhitztes, von unten nach oben strömendes gasförmiges Flud dazu dient, Teilchen zu fluidisieren. Bei dieser Vorrichtung werden Umlenkorgane und genau ausgerichtete Gasdüsen benutzt, um innerhalb des zu behandelnden teilchenförmigen Materials einen pilzförmigen Strömungsverlauf zu erreichen. Bei der vorliegenden Erfindung sind die sich bei diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen ergebenden Komplikationen vermieden.

In der US-Patentschrift 3 370 522 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der unter Einhaltung einer hohen Geschwindigkeit eine Fluidisierung von zu röstenden Kaffeebohnen in einem kompliziert gestalteten, unter Druck stehenden Raum erzielt wird, wobei mit befeuchtetem erhitztem Gas und einer Druckentlastung gearbeitet wird. Die vorliegende Erfindung macht die Benutzung einer solchen komplizierten Behandlungsvorrichtung und die Einhaltung komplizierter Behandlungsbedingungen entbehrlich.

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Schließlich sind in den US-Patentschriften 3 189 460, 3 328 894, 3 329 506, 3 345 181, 3 385 199, 3 447 338, 3 615 668 und 3 724 090 verschiedene Röstverfahren beschrieben, bei denen ein Überdruck aufrechterhalten und mit einer Fluidisierung der Bohnen gearbeitet wird. Die in diesen US-Patentschriften offenbarten Verfahren, bei denen mit einem unter Druck stehenden inerten Gas gearbeitet wird, sind in erster Linie nur zum Rösten der geringeren Sorten von Robusta-Kaffeebohnen geeignet, bei denen es erwünscht ist, die Bitterkeit (acidity) der Käfeebohnen zu steigern, um eine Geschmacksverbesserung zu erzielen. Die Vorrichtungen nach den zuletzt genannten US-Patentschriften sind kompliziert, da es erforderlich ist, das inerte Gas unter Druck zu setzen, das im Kreislauf geführte Kondensat zu reinigen und eine rotierende Röstkammeranordnung zu benutzen; diese und andere Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung vermieden.

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, verbesserte und vereinfachte Verfahren und Vorrichtungen zum chargenweisen oder kontinuierlichen Rösten von Kaffeebohnen zu schaffen, die es ermöglichen, eine mit Hilfe der bis jetzt bekannten Verfahren nicht erreichbare Gleichmäßigkeit des Röstungsgrades bei Kaffeebohnen zu erzielen, Maßnahmen vorzusehen, um aus Luft Wärme an jede einzelne Kaffeebohne in einem Wirbelbett mit einer gleichmäßigen, geregelten Geschwindigkeit abzugeben, so daß jede einzelne Bohne gleichmäßig erhitzt wird, damit eine Überhitzung, ein Anbrennen oder Verbrennen von Bohnen oder Bohnenteilen vermieden wird, das Rösten von mittels Luft im Schwebezustand gehaltenen Kaffeebohnen bei einer geregelten niedrigen Temperatur zu ermöglichen, die innerhalb der Kaffeebohnen zu einer Pyrolyse führt, die sich dadurch bemerkbar macht, daß die Kaffeebohnenzellen im Inneren dunkler sind als an der Oberfläche, wobei jedoch die Rösttemperatur so gewählt ist, daß keine wichtigen flüchtigen Stoffe und Öle aus den Kaffeebohnen freigesetzt werden, damit die den Geschmack bestimmenden Stoffe

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in den Kaffeebohnen verbleiben, ferner das Rösten von Kaffeebohnen auf eine solche Weise und bei einer solchen Temperatur zu ermöglichen, daß keine organischen, eine Verunreinigung hervorrufenden Nebenprodukte entstehen, damit die Röstvorrichtung aucÄ nach wiederholter Benutzung sauber bleibt, und damit die verbrauchten Röstgase, die an die Atmosphäre abgegeben werden, keine unerwünschten, die Luft verschmutzenden Stoffe enthalten, und schließlich eine chargenweise oder kontinuierlich betreibbare Kaffeeröstvorrichtung zu schaffen, bei der die sich bei den bis jetzt bekannten Wirbelschicht^Kaffeeröstvorrichtungen ergebenden Beschränkungen entfallen, deren Abmessungen sich so variieren lassen, daß sowohl für kommerzielle als auch für den Hausgebrauch verwendbare Vorrichtungen herstellbar sind, die von unkomplizierter Konstruktion ist, mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden kann, auf einfache und billige Weise betreibbar ist und nur sehr geringe Ansprüche an die Reinigung oder Wartung stellt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind durch die Erfindung Verfahren und Vorrichtungen geschaffen worden, bei denen ein erhitztes gasförmiges Flud, z.B_o erhitzte Luft, von unten nach oben durch ein aus ungerösteten Kaffeebohnen bestehendes Bett geleitet wird, um eine leicht expandierte, jedoch dichte, ständig zirkulierende, geschichtete Masse aus Kaffeebohnen zu erzeugen, die getrocknet und dann geröstet werden. Die zugeführte Luft wird gewöhnlich auf eine Temperatur von etwa 232⁰C, jedoch in jedem Fall unter etwa 277°C erhitzt, und die Wärme wird von der erhitzten Luft auf jede einzelne Kaffeebohne durch Konvektion übertragen, woraufhin sekundär die Wärme dadurch im Gleichgewicht gehalten wird, daß innerhalb der gesamten sich bewegenden Masse eine Wärmeleitung von Kaffeebohne zu Kaffeebohne stattfindet. Die ständige Zirkulationsbewegung der Kaffeebohnen innerhalb der dichten Masse ermöglicht die Erzielung eines thermischen Gleichgewichtszustandes derart, daß man gleichmäßig geröstete Kaffeebohnen erhält, und zwar chargenweise oder in einem kontinuierlichen Arbeitsgang. Die zwischen benachbarten Kaffeebohnen auftretende Reibung trägt

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zum Ablösen von Spreuteilchen bei, die von dem erhitzen Luftstrom sofort mitgerissen werden, so daß die Kaffeebohnen eine saubere, glatte und glänzende Oberfläche erhalten, die eine genaue Abschätzung der natürlichen Qualität der Kaffeebohnen ermöglicht. Je nach den Eigenschaften der Kaffeebohnen, den gewählten Betriebsbedingungen und dem gewünschten Röstungsgrad wird der Röstvorgang bei einem typischen Verfahren etwa 20 min lang fortgesetzt. Mit Ausnahme von Kaffeebohnen der geringsten Sorten läßt sich die optimale Röstzeit anhand einer nachweisbaren Änderung der Erwärmungsgeschwindigkeit bzw. eines Temperaturkurvenbuckels erkennen, der auftritt, wenn die Kaffeebohnen eine Temperatur von etwa 205⁰C erreichen. Bei dieser Temperatur setzen innerhalb jeder Kaffeebohne pyrolytische chemische Reaktionen ein, bei denen die bevorzugten Aroma- und Geschmacksstoffe entstehen.

Das vorstehend geschilderte Verfahren läßt sich mit Hilfe einer Ghargenröstvorrichtung durchführen, bei der eine Charge aus ungerösteten Kaffeebohnen in eine einfache kastenähnliche Röstkammer eingebracht wird, die eine gelochtelGrundplatte besitzt, durch die hindurch erhitzte Luft in Form von Strömen zugeführt wird. Von der Grundplatte aus erstrecken sich nach oben divergierende Wände. Der Luftstrom wird annähernd gegen eine erste Wand oder tangential zu dieser ersten Wand geleitet, so daß die einzelnen Luftströme die Kaffeebohnen nach oben bewegen und eine aufwallende Zirkulationsbewegung der Kaffeebohnen in dem der ersten Wand benachbarten Teil der zirkulierenden Bohnenmasse erzeugt wird. Zu diesem Zweck fördert ein Gebläse erhitzte Luft in eine Verteilerkammer, von der aus die Luft durch die öffnungen der Grundplatte strömt. Das Gebläse erteilt den Luftströmen eine hohe Geschwindigkeit, so daß die Kaffeebohnen örtlich im Schwebezustand gehalten werden können, um dann in Form einer dichten Masse zu zirkulieren, innerhalb welcher sich die Bohnen im wesentlichen gegenseitig berühren. Eine Heizeinrichtung, die in der Verteilerkammer angeordnet oder dem Gebläse vorgeschaltet ist, erhäht die Tempe-

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ratur der Luft auf einen Wert im Bereich von etwa 232 bis etwa 277°C, bevor die Luft durch die Öffnungen der Grundplatte strömt und in die Röstkammer eintritt, um die Kaffeebohnen in Form einer dichten zirkulierenden Masse zu bewegen.

Je nach der zu verarbeitenden Kaffeebohnensorte und je nachdem, ob die Kaffeebohnen hell oder dunkel geröstet werden sollen, dauert der Trocknungs- und Röstvorgang etwa 15 bis 20 min. Während des Röstvorgangs werden keine eine Verschmutzung hervorrufenden flüchtigen Stoffe freigesetzt; nur während der letzten Minuten des Röstvorgangs entstehen Spuren solcher Stoffe; die verbrauchte Luft kann aus der Röstkammer unmittelbar an die Atmosphäre abgegeben werden, ohne daß Anzeichen von Rauch zu erkennen sind. Gegebenenfalls kann man einen einfachen Rückumwälzkanal vorsehen, um Wärme zu sparen. Die Spreu läßt sich von der Abluft leicht auf bekannte Weise mit Hilfe eines Zyklons abscheiden. Auch bei laufender Wiederholung des Röstvorgangs werden die Kaffeebohnen gleichmäßig geröstet, und in keinem Fall ergibt sich eine Luftverschmutzung, noch entstehen auf den Innenflächen der Röstkammer ölige oder verkohlte Ablagerungen aus organischem Material.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit Hilfe einer kontinuierlich arbeitenden Röstvorrichtung durchführen, zu der ein Satz von miteinander verbundenen "Chargen"-Rösteinrichtungen gehört, die in abnehmender Höhe so angeordnet sind, daß die Kaffeebohnen unter der Wirkung der Schwerkraft kontinuierlich von einem Einlaß für ungeröstete Bohnen zu einem Auslaß für geröstete und abgekühlte Bohnen strömen können. Die ungerösteten Kaffeebohnen werden einem Ende einer langen und schmalen Zweizonen-Trocknerstufe zugeführt, in der sie in einen Schwebezustand gebracht werden, in dem sie eine dichte, fluidisierte, ständig zirkulierende Masse bilden, und zwar in der ersten Zone mittels nach oben strömender warmer Luft und in der zweiten Zone mittels nach oben strömender heißer Luft. Der Wassergehalt der Kaffeebohnen wird in

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der Trocknerstufe von etwa 12% auf etwa 1% herabgesetzt, und danach überströmen die Kaffeebohnen ein am anderen Ende der Trocknerstufe angeordnetes Wehr, um dann über eine Rutsche nach unten zu einer Röststufe gefördert zu werden, wo die Kaffeebohnen aufquellen, die Spreuteilchen verlieren und gleichmäßig geröstet werden. Die Bohnen bewegen sich waagerecht durch die Röststufe hindurch, die äie über ein weiteres Wehr verlassen, um dann durch eine Rutsche einer Kühlstufe zugeführt zu werden, wo sie mit Kühlwasser besprüht und dann bei Raumtemperatur mit Hilfe von nach oben strömender Luft fluidisiert werden« Schließlich verlassen die Kaffeebohnen die Kühlstufe und können dann mittels einer Fördereinrichtung zu einer Verpackungsstation transportiert werden. Damit die Kaffeebohnen die gesamte kontinuierlich arbeitende Röstvorrichtung durchströmen, werden langgestreckte schmale Stufen benutzt, dem Einlaß werden kontinuierlich ungeröstete Bohnen zugeführt, und über den Auslaß werden kontinuierlich entsprer chende Mengen an gerösteten Kaffeebohnen entnommen. Eine ständige Überwachung der Temperatur der Kaffeebohnen ermögT licht es, den Bohnendurchsatz sowohl am Einlaß als auch am Auslaß genau zu regeln. Da Spreuteilchen nur während des eigentlichen Röstvorgangs entstehen, braucht eine Einrichtung zum Entfernen der Spreuteilchen nur mit der Röststufe verbunden zu sein.

Bei einer typischen Anordnung verbleiben die Kaffeebohnen etwa 9 min lang in der Trockenstufe, etwa 1,5 min lang in der Röststufe und etwa 5 min lang in der Kühlstufe. Wie erwähnt, richten sich die genauen Zeiten nach der Art der zu röstenden Kaffeebohnen sowie danach, ob eine helle oder eine dunkle Röstung erwünscht ist. Durch das Vorhandensein einer gesonderten Kühlstufe wird der Behandlungsvorgang abgekürzt, denn durch das Besprühen der Kaffeebohnen mit Wasser wird eine rasche Herabsetzung der Temperatur erreicht. Dieses Sprühkühlverfanren läßt sich gleich gut bei chargenweise wie bei kontinuierlich arbeitenden Röstvorrichtungen anwenden.

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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer chargenweise arbeitenden Kaffeeröstvorrichtung, bei der die obere Abdeckung und die Entnahmetür geöffnet sind und ein Sieb weggebrochen gezeichnet ist;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, in dem ein Spreusammeizyklon, ein Entlüftungskanal und ein Rückumwälzkanal als an die Vorrichtung angeschlossen dargestellt sind und ein Teil des Rückumwälzkanals schematisch angedeutet ist;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1, in dem die Entnahmetür geschlossen und eine fluidisierende, zirkulierende Kaffeebohnencharge dargestellt ist;

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 1, in dem die Kaffeebohnencharge fortgelassen ist;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer kontinuierlich arbeitenden Kaffeeröstvorrichtung, bei der die Fördereinrichtung nur bruchstückweise dargestellt ist;

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 die Draufsicht der Vorrichtung nach Fig. 6 unter Fortlassung der oberen Abdeckungen der verschiedenen Stufen und der darin normalerweise vorhandenen Kaffeebohnen;

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Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8*8 in Fig. 5 durch die Röststufe der Vorrichtung, wobei die Kaffeebohnen in Form einer dichten, fluidisierten, ständig zirkulierenden Masse dargestellt sind; und

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Temperatur der Kaffeebohnen in Abhängigkeit von der Zeit, während eines Röstvorgangs, aus welcher eine kurzzeitige Temperaturerhöhung als Folge eines Pyrolysevorgangs ersichtlich ist.

In Fig. 1 bis 4 ist eine insgesamt mit 10 bezeichnete, chargenweise arbeitende Kaffeeröstvorrichtung nach der Erfindung dargestellt, zu der vier Hauptteile gehören, nämlich eine Röstkammer 12, eine Heizeinrichtung 14, eine beheizbare Luftverteilerkammer 15 und ein Gebläse 16. Zwar werden vorzugsweise zusätzlich weitere Teile benutzt, z.B. ein Zyklonabscheider 18, eine Luftrückumwälzleitung 20 und eine Wärmeisolierung 22, doch handelt es sich hierbei nicht um wesentliche Teile der Erfindung. In Fig. 2 und 3 ist eine Kaffeebohnencharge 24 zu erkennen, die gerade geröstet wird_o Die Röstvorrichtung 10 kann so bemessen sein, daß sie es ermöglicht, jeweils nur einige Kilogramm Kaffeebohnen zu rösten, oder man kann sie so vergrößern, daß sie geeignet ist, chargenweise in Säcken angelieferte Kaffeebohnen auf kommerzieller Basis zu rösten. Ohne Rücksicht auf die Größe der Vorrichtung bleiben die erfindungsgemäßen Grundgedanken der Konstruktion und das Behandlungsverfahren im wesentlichen unverändert.

Bei der chargenweise arbeitenden Röstvorrichtung nach Fig. 1 bis 4 ist die Röstkammer 12 als langgestrecktes, rechteckiges, kastenähnliches Gehäuse 26 mit einer langen Vorderwand 28, einer äußeren Rückwand 34, zwei kurzen Seitenwänden 30 und 32 sowie einer schwenkbar gelagerten Abdeckung 36, die zum Beschicken der Vorrichtung geöffnet werden kann, ausgebildet. Zum Entleeren der Kammer 12 dient eine an ihrem unteren Ende

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nach unten abschwenkbar gelagerte Entnahmetür 38, die sich über die ganze Länge der Vorderwand 28 erstreckt und bündig mit einer Luftverteilerplatte 42 angeordnet ist. Die Entnahmetür 38 weist Seitenwände 39 auf, so daß sie eine Rutsche bildet, die ein schnelles Beschicken und Entleeren der Röstkammer 12 ermöglicht. Oberhalb der Entnahmetür 38 befindet sich ein Schauglas 40, durch das sich die Bewegung der Kaffeebohnen 24 und ihr Übergang von der grünen Farbe zu einer braunen Farbe während eines Trocknungs- und Röstvorgangs beobachten lassen.

Die gelochte Luftverteiler-Grundplatte 42 erstreckt sich im unteren Teil der Röstkammer über deren ganze Länge, hat jedoch eine erheblich geringere Breite als die Seiten- oder Stirnwände 30 und 32. Gemäß Fig. 3 ist die Platte 42 gegen die Vorderwand 28 unter einem Winkel von etwa 30° geneigt. Über die ganze Platte 42 sind zahlreiche Öffnungen 44 in Abständen verteilt und so angeordnet, daß sie in der in Fig. 3 durch dünne Pfeile angedeuteten Weise einen Luftstrom erzeugen, der sich im wesentlichen tangential zu der Vorderwand 28 und der Entnahmetür 38 bewegt. Bei einer typischen Ausführungsform haben die Öffnungen 44 einen Durchmesser von mehr als etwa 4,8 mm, was der üblichen Größe der kleinsten im Exportgshandelten Kaffeebohnen von guter Qualität entspricht. Die Öffnungsgröße wird jeweils so gewählt, daß ein wirtschaftlicher Abgleich zwischen der Hubkraft der durch das Gebläse 16 geförderten Luft und dem Luftdurchsatz erreicht wird, der unmittelbar durch die Standhöhe der grünen Kaffeebohnen in der Röstkammer 12 beeinflußt wird. Für den Fall, daß der gewählte Durchmesser der öffnungen 44 sich der Größe der Kaffeebohnen 24 annähert oder sie überschreitet, kann man auf der Verteilerplatte 42 ein Sieb 45 mit einer entsprechenden Maschenweite anordnen, um zu verhindern, daß sich Kaffeebohnen in den Öffnungen 44 festsetzen oder hindurchfallen, ohne daß der Luftstrom übermäßig behindert wird.

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An die Verteilerplatte 42 schließt sich längs ihres hinteren Randes eine geneigte innere Platte 46 an, welche die innere Rückwand der Röstkammer 12 bildet und sich so nach oben und in Richtung auf die äußere Rückwand 34 erstreckt, daß sie gegenüber der Vorderwand 28 divergiert und bewirkt, daß der sich nach unten bewegende Teil der zirkulierenden Kaffeebohnen 24 wieder dem Hubluftstrom nahe der Oberseite der Verteilerplatte 42 zugeführt wird, so daß die Kaffeebohnen eine dichte, ständig zirkulierende, fluidisierten Masse bilden. Die geneigte Luftverteilerplatte 46 ist längs ihres oberen Randes mit der äußeren Rückwand 34 verbunden.

Die jeweilige Temperatur der Kaffeebohnen 24 wird durch ein in die linke Stirnwand 30 der Röstkammer 12 eingebautes Rundskalenthermometer 48 angezeigt. Das Thermometer 48 ist mit einer Thennoelementsonde 50 (Fig. 2) verbunden, die in die Röstkammer 12 waagerecht oberhalb der Verteilerplatte an einer Stelle hineinragt, an der die fluidisierten Kaffeebohnen sehr dicht gepackt sind, sowie außerhalb des Luftstroms, so daß die tatsächliche Temperatur der Kaffeebohnen innerhalb der sich bewegenden Masse 24 während des Röstens ständig angezeigt wird* Man könnte auch ein Registriergerät benutzen, um die Temperatur der Kaffeebohnen während jedes Röstvorgangs aufzuzeichnen. Außerdem kann die Temperatursonde 50 so geschaltet sein, daß die durch die Heizeinrichtung 14 erzeugte Temperatur automatisch thermostatisch geregelt wird. In diesem Fall kann die Heizeinrichtung automatisch abgestellt werden, sobald die Kaffeebohnen in der Röstkammer 12 eine vorbestimmte bzw. eingestellte Höchsttemperatur erreichen.

Das Röstkammergehäuse 26 ist an seiner Basis mit der Heizeinrichtung 14 verbunden, zu der eine Umschließung gehört, welche die beheizbare Luftkammer 15 bildet, mittels welcher die erhitzte Luft durch die zahlreichen Öffnungen 44 der Verteilerplatte 42 geleitet wird. Die Heizeinrichtung 14 enthält ein Heizelement 52, das es ermöglicht, eine ausreichende Tempe-

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ratursteigerung eines die Heizkammer passierenden Luftstroms herbeizuführen, damit der Luftstrom die Kaffeebohnen auf die gewünschte Rösttemperatur im Bereich von etwa 232 bis etwa 277⁰C erhitzt. Das Heizelement 52 kann als elektrisches Heizelement 54 oder als dem Gebläse 16 vor- oder nachgeschalteter, direkt gespeister Erdgasbrenner ausgebildet sein_o Bei kleineren Röstvorrichtungen wird die Verwendung eines dem Gebläse nachgeschalteten Heizelements 54 bevorzugt, während sich bei größeren Röstvorrichtungen für kommerzielle Zwecke ein dem Gebläse vorgeschalteter Gasbrenner als zweckmäßiger erweisen kann. Natürlich könnte man auch andere Heizelemente benutzen, vorausgesetzt, daß keine unerwünschten Verbrennungsgase oder Kaffeereaktionsprodukte in Berührung mit den zu röstenden Kaffeebohnen 24 kommen. Die Abluft kann über den Luftkanal 20 erneut umgewälzt werden, um Uärme einzusparen. Gemäß Fig. ist der Umschließung für die Heizeinrichtung ein Thermometer 58 mit einem Temperaturfühler 60 zugeordnet, damit die Lufttemperatur in der Verteilerkammer jenseits des Heizelements ständig angezeigt wird.

Die Heizeinrichtung 14 ist an ihrer Basis an das Gebläse 16 angeschlossen, das dazu dient, Luft von unten nach oben an dem Heizelement 52 vorbei und durch die gelochte Luftverteilerplatte 42 der Röstkammer 12 mit einer solchen Strömungsgeschwindigkeit zuzuführen, daß die Kaffeebohnen 24 längs der Vorderwand 28 in Form einer dichten, ständig zirkulierenden, fluidisierten Masse nach oben bewegt werden. Fördert das Gebläse 16 die bevorzugte Luftmenge mit der bevorzugten Geschwindigkeit, um diese Luft mittels der Platte 42 zu verteilen, bewirkt die zugeführte Luft, daß sich das Volumen des durch die Kaffeebohnen 24 gebildeten Betts im Vergleich zu dem Volumen der in der Röstkammer vor und/oder nach dem Rösten in Ruhe befindlichen Bohnen nur um etwa 20% bis 30% vergrößert. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß ein einstufiges, zahlreiche Schaufeln aufweisendes Schleudergebläserad 62, das in ein Gehäuse 64 eingeschlossen ist und mit

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3600 U/min betrieben wird, reichlich bemessen ist, um die gewünschte Luftmenge bei dem gewünschten Druck zu fördern. Das Gebläserad 62 wird gewöhnlich durch einen Elektromotor 66 angetrieben.

Mit der Röstkammer 12 ist am oberen Ende der rechten Seitenwand 32 ein Abluftkanal 68 verbunden, der das Entweichen der noch warmen Luft nach dem Durchströmen der fluidisierten Kaffeebohnenmasse 24 ermöglicht. Die verbrauchte Luft kann zum Zweck des Einsparens von Wärme über einen Kanal 20 erneut umgewälzt werden. Bei einer typischen Ausführungsform muß in die Einrichtung zum Abführen oder erneuten Umwälzen der Luft ein Spreusammeizyklon 18 eingeschaltet sein, der auf bekannte Weise arbeitet und nicht einen Gegenstand der Erfindung bildet. Die Röstkammer 12, die Luftverteilerkammer 15 und der Rückumwälzkanal 20 sind auf der Außenseite mit einer Wärmeisolierung 22 versehen, die z.B. aus Glaswolle besteht und dazu dient, die Wärmeverluste möglichst gering zu halten und so die Temperatur aufrechtzuerhalten, so daß sich Einsparungen an Brennstoffkosten erzielen lassen.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Röstvorrichtung 10 beschrieben. Zunächst wird die Beschickungsklappe 36 hochgeschwenkt, woraufhin eine Charge aus grünen Kaffeebohnen in die Röstkammer 12 geschüttet wird. Die Beschickungsklappe wird wieder geschlossen,und das Gebläse 16 wird in Betrieb gesetzt, woraufhin auch die Heizeinrichtung 14 in Betrieb gesetzt wird. Nunmehr strömt erhitzte Luft mit sich fortschreitend erhöhender Temperatur über die öffnungen 44 in die Röstkammer 12 ein, wie es in Fig. 3 durch die dünnen Pfeile angedeutet ist, so daß die Kaffeebohnen 24 erhitzt werden, während sie gleichzeitig in Form einer dichten, fluidisierten, ständig zirkulierenden Masse bewegt werden. Da sich die Verteilerplatte 42 unter einem spitzen Winkel zu der Vorderwand 28 erstreckt, wird die heiße Luft längs der Innenseite der Entnahmetür 38 nach oben geleitet, so daß

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die Kaffeebohnen nahe der Vorderwand 28 eine etwas größere Standhöhe erreichen. Die Kaffeebohnen rollen unter der Wirkung der Schwerkraft aus dem Luftstrom heraus und bewegen sich in Richtung auf die innere Rückwand 46, um dann durch diese Wand nach unten zu der Grundplatte 42 geleitet zu werden, woraufhin die Kaffeebohnen erneut in den heißen Luftstrom eintreten und wie zuvor nach oben bewegt werden, womit ein Kreislauf der Zirkulationsbewegung beendet ist.

Nach einer Röstzeit von etwa 10 bis 20 min, und wenn die Kaffeebohnen eine Temperatur im Bereich von etwa 210 bis etwa 221⁰C erreicht haben, die durch das Rundskalenthermometer 48 angezeigt wird und sich danach richtet, ob die Kaffeebohnen hell oder dunkel geröstet werden sollen, wird der Röstvorgang durch Abstellen des Heizelements 52 beendet. Hierauf wird mit Hilfe des Gebläses 16. kühle Luft aus der Umgebung mehrere Minuten lang durch die Masse der gerösteten Kaffeebohnen geleitet, um ihre Temperatur bis auf die Raumtemperatur zu senken. Zu diesem Zweck können die Kaffeebohnen auch mit Kühlwasser besprüht werden. Schließlich wird das Gebläse 16 stillgesetzt. Die Entnahmetür 38 wird nach unten geschwenkt, so daß die jetzt gerösteten und abgekühlten Kaffeebohnen aus der Röstkammer 12 herausgleiten und von einem Transportbehälter aufgenommen werden können. Hierbei dienen die Seitenwände 39 der Entnahmetür dazu, die Kaffeebohnen aus der Röstkammer 12 abzuführen.

Fig. 5 bis 8 zeigen eine erfindungsgemäße, kontinuierlich arbeitende Kaffeeröstvorrichtung 80 mit drei voneinander getrennten, einander kaskadenartig nachgeschalteten Stufen, und zwar einer Trockenstufe 82, einer Röststufe 84 und einer Kühlstufe 86. Die ungerösteten Kaffeebohnen 24a werden der Trockenstufe 82 über einen Aufgabebehälter bzw. Einlaß 88 zugeführt, während geröstete und gekühlte Kaffeebohnen 24b von der Kühlstufe 86 über eine Rutsche 90 abgegeben werden, die über einem laufenden, waagerecht angeordneten Förderband

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92 angeordnet ist. Gegebenenfalls kann man dem Aufgabebehälter 88 und der Ab&aberutsche 90 drehbare Ventile zuordnen, um an diesen Stellen durch die Erzeugung von Luftdruckunterschieden einen Abschluß zu bewirken.

Abgesehen von der Beschickungsklappe 36 und der Entnahmetür 38 der beschriebenen chargenweise arbeitenden Röstvorrichtung 10 nach Fig. 1 bis 4 ähneln sämtliche Stufen 82, 84 und 86 der kontinuierlich arbeitenden Röstvorrichtung 80 hinsichtlich ihrer Konstruktion und Wirkungsweise weitgehend der kastenähnlichen Röstkammer 12. In die Vorderwand jeder der Stufen 82, 84 und 86 sind Schaugläser 94 eingebaut, um der Bedienungsperson die Beobachtung der sich darin abspielenden Vorgänge zu ermöglichen. Die Kammer jeder der drei Stufen ist gemäß Fig. 6 über ein Rohr 95 zum Entnehmen von Kaffeebohnenproben zugänglich. Ferner sind Temperaturanzeiger 96, 98 und 100 vorhanden, zu denen Thermoelementfühler 97, 99 und 101 (Fig. 6) gehören, die in der Querrichtung in die Kammern der verschiedenen Stufen hineinragen, so daß sich die Temperaturen, bei denen die Kaffeebohnen behandelt werden, in allen Stadien ständig überwachen lassen. Die Böden der Kammern der verschiedenen Stufen werden durch Luftverteilerplatten 102, 104 und 106 gebildet, die jeweils mit zahlreichen in Abständen verteilten Öffnungen 108 versehen und gemäß Fig. 8 so angeordnet sind, daß sie mit den Vorderwänden 103, 105 und 107 der verschiedenen Stufen jeweils einen spitzen Winkel bilden.

Die unteren Teile der verschiedenen Stufen 82, 84 und 86 werden durch beheizbare Luftkammern 112a, 112b, 114 und 116 gebildet, zu denen Einlasse 113a, 113b, 115 und 117 gehören, über die erhitzte Luft von einer Quelle bekannter Art aus zugeführt wird. Die Luftkammern geben erhitzte Luft über die Verteilerplatten 102, 104 und 106 an die zugehörigen Stufen mit einer geregelten Geschwindigkeit ab, die ausreicht, um die Kaffeebohnen 24 in einen Schwebezustand zu bringen, so daß sie ebenso wie bei der chargenweise arbeitenden Röstvorrichtung 10 eine dichte, ständig zirkulierende, fluidisierte

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Masse bilden. Die Trockenstufe 82 v/eist zwei getrennte, nebeneinander angeordnete Luftkammern 112a und 112b zum Zuführen von Luft zu der Verteilerplatte 102 auf. Der ersten Luftkammer 112a kann verbrauchte wärme Luft zugeführt werden, die von der Röststufe 84 aus zurückgeleitet wird, während man der zweiten Luftkammer 112b heiße Luft direkt von einer Erhitzungseinrichtung aus zuführen kann. Auf diese Weise werden die Kaffeebohnen allmählich auf die Trocknungstemperatur erhitzt, und durch die Rückumwälzung von Trocknungsluft wird Wärme gespart. Jedoch ist es nicht unbedingt erforderlich, zwei getrennte Luftkammern vorzusehen, d.h. man könnte sie auch durch eine einzige Luftkammer ersetzen.

Wenn man die Größe und Verteilung der Öffnungen 8 bei den Verteilerplatten 102, 104 und 106 sowie die Geschwindigkeiten, mit denen erhitzte Luft den Einlassen 113a, 113b, 115 und 117 der Luftkammern zugeführt wird, entsprechend wählt, bewegen sich die Kaffeebohnen 24 unter der Wirkung der Schwerkraft in der Längsrichtung durch die verschiedenen Stufen 82, 84 und 86, wobei sie gleichzeitig in einer senkrechten Ebene in Form eines dichten fluidisierten Betts zirkulieren. Damit ein Vermischen der aufgegebenen Kaffeebohnenchargen zwischen der Abgabeseite und der Eintrittsseite jeder Stufe möglichst weitgehend vermieden wird, ist die Länge jeder Stufe erheblich größer als ihre Breite. Die Wahl eins Verhältnisses von etwa 6:1 zwischen Länge und Breite hat sich als zweckmäßig erwiesen. Der untere Teil der Stirnwand auf der Abgabeseite jeder Stufe bildet ein Abgabewehr 122 bzw. 124 bzw. 126, und ein kontinuierliches Strömen von Kaffeebohnen in Richtung der Längsachse jeder Stufe stellt sich nur ein, wenn Kaffeebohnen über ein bestimmtes Wehr mit der gleichen Geschwindigkeit abgeführt werden, wie Kaffeebohnen von der vorausgehenden Stufe oder dem Aufgabebehälter aus zugeführt werden.

Die Trockenstufe 82 ist höher angeordnet als die Röststufe 84, die ihrerseits höher liegt als die Kühlstufe 86„ Diese gestaffelte Anordnung ermöglicht ein durch die Schwerkraft her-

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beigeführtes Strömen der Kaffeebohnen von Stufe zu Stufe über Verbindungsrutschen 116 und 118. Die die Trockenstufe mit der Röststufe verbindende Rutsche 116 steht mit der Trockenkammer 82 an einer Abgabeöffnung oberhalb des Wehrs 122 und mit der Röststufe 84 an einer Eintrittsöffnung in Verbindung; die Rutsche 118 zwischen der Röststufe und der Kühlstufe bildet eine ähnliche Verbindung. Alternativ könnte man die Kaffeebohnen von einer Stufe zur nächsten auf bekannte Weise mit Hilfe mechanischer Einrichtungen, z.B. von Becherwerken, transportieren.

Die Kühlstufe 86 kann nahe ihrer Eintrittsöffnung mit einer Einrichtung 120 zum Versprühen von Wasser versehen sein, damit die Kaffeebohnen schnell abgekühlt werden können.

Die grünen, noch nicht gerösteten Kaffeebohnen 24a, die gewöhnlich einen Feuchtigkeitsgehalt von 12% bis 13% haben, werden der Trockenstufe 82 über den Aufgabebehälter 88 zugeführt. Die über die erste Luftkammer 112a zugeführte, erneut umgewälzte warme Luft bringt die Kaffeebohnen in einen Schwebezustand und erwärmt die Kaffeebohnen, die sich langsam in der Längsrichtung in den Luftstrom hinein bewegen, welcher von der zweiten Luftkammer 112b abgegeben wird, und die so erhitzt wird, daß ihre Eintrittstemperatur etwa 232⁰C beträgt. Während der Trocknung, die durchschnittlich 9 min dauert, werden die Kaffeebohnen von der Umgebungstemperatur auf etwa 205⁰C erwärmt, wobei sich ihr Feuchtigkeitsgehalt auf etwa Λ% verringert. Am Abgabeende der Trockenstufe 82 bewegen sich die Kaffeebohnen über das zugehörige Wehr 122 hinweg, um dann in die Rutsche 116 zu fallen und der Röststufe 84 zugeführt zu werden.

Die Temperatur der der Luftkammer 114 zugeführten Luft ist höher als bei der Trockenstufe und liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 232 bis etwa 260⁰C. Das Temperaturprofil der Kaffeebohnen verläuft zwischen etwa 204 und etwa 216°C, und dieses

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Profil wird mit Hilfe des Thermometers 38 oder eines nicht dargestellten Registriergeräts bekannter Art überwacht, das an die Temperaturfühler 99 angeschlossen ist, welche in der Querrichtung in die dichte, zirkulierende Masse aus fluidisierten Kaffeebohnen hineinragen und in Längsabständen verteilt sind. Die Kaffeebohnen verbleiben nur auf die Dauer von etwa 1,5 min in der Röststufe· Während dieser kurzen Röstzeit quellen die Kaffeebohnen auf, sie geben Spreuteilchen ab, und ihr spezifisches Gewicht geht auf etwa die Hälfte des spezifischen Gewichts der grünen Bohnen zurück. Die Spreu wird auf bekannte Weise mit Hilfe eines Zyklons beseitigt, wie es in Fig. 2 bezüglich der chargenweise arbeitenden Röstvorrichtung 10 dargestellt ist, an die ein Zyklon 18 angeschlossen ist. Da Spreuteilchen nur während des eigentlichen Röstvorgangs entstehen, führt bei der kontinuierlich arbeitenden Röstvorrichtung 80 das Vorhandensein von drei getrennten Stufen praktisch zu einer Vereinfachung. Außerdem lassen sich die Behandlungstemperatüren bei drei Stufen leichter regeln als bei nur einer Stufe oder zwei Stufen. Am Austrittsende der Röststufe 84 bewegen sich die Kaffeebohnen über das zugehörige Wehr 124 hinweg, um dann durch die Rutsche 118 nach unten zu der Kühlstufe 86 zu rieseln.

Am Einlaß der Kühlkammer 86 werden die gerösteten Kaffeebohnen mit Wasser besprüht, so daß sie durch das Verdampfen von Wasser vom größten Teil der in ihnen enthaltenen Wärme befreit werden. Die der Luftkammer 116 der Kühlstufe zugeführte, auf Umgebungstemperatur befindliche Kühlluft bewirkt eine weitere Fluidisierung der Kaffeebohnen, so daß sich die Kaffeebohnen während des KühlVorgangs, dessen Dauer gewöhnlich etwa 5 min beträgt, auf etwa 38⁰C abkühlen. Die Kühlwasserzufuhr kann durch die Bedienungsperson anhand eines Längstempera turprof ils eingestelltwerden, das mit Hilfe von Temperaturfühlern 101 aufgenommen wird, die längs der Kühlstufe 86 in Abständen verteilt und an Rundskalenthermometer oder ein nicht dargestelltes Registriergerät angeschlossen sind.

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Schließlich bewegen sich die abgekühlten Kaffeebohnen über das Wehr 126 hinweg, um durch die Abgaberutsche 90 dem Förderband zugeführt zu werden, das sie zu einer Verpackungs- oder Mahlstation transportiert.

Fig. 9 veranschaulicht in einer graphischen Darstellung die nachweisbaren Temperaturanstiege, die innerhalb jeder Kaffeebohne auftreten, wenn sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geröstet wird. Etwa während der ersten 12 min des Erhitzens der Kaffeebohnen 24 steigt die Temperatur der Bohnen allmählich und praktisch linear von etwa 38°C auf etwa 205°C an. Während dieses Anfangsstadiums werden die Kaffeebohnen getrocknet, jedoch noch nicht geröstet. Nach dem Erreichen einer Temperatur von etwa 205°C, bei der es sich um die tatsächliche Bohnentemperatur handelt, setzen innerhalb jeder Bohne pyrolytische chemische Reaktionen ein, und die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs erhöht sich, so daß sich gemäß Fig. 9 die Temperaturkurvenhöcker A, B und C ergeben. Diese Temperaturkurvenhöcker lassen sich während des Röstvorgangs nachweisen, um eine genaue Regelung der Röstzeit zu ermöglichen. Außerdem hat es sich gezeigt, daß die Größe der Temperaturkurvenhöcker ein Kennzeichen für die Art der zu röstenden Kaffeebohnen und das Aroma des daraus schließlich hergestellten Getränks ist.

Gemäß Fig. 9 zeigte der aufgezeichnete Temperaturkurvenhöcker A an, daß naß^ehandelte milde Kaffeesorten neuer Ernte geröstet wurden. Der Kurvenhöcker B zeigte das Rösten von naö behandelten milden Sorten älterer Ernten an. Der Kurvenhöcker C gilt für trocken verarbeitete Braiilkaffeesorten, während die Kurve D, die praktisch keinen Höcker aufweist, für trocken verarbeitete Robusta-Kaffeebohnen einer geringeren Sorte gilt.

Wird der Röstvorgang vor dem Auftreten des eine Pyrolyse anzeigenden Temperaturkurvenhöckers beendet, haben die Kaffeebohnen ihr Aroma noch nicht im maximalen Ausmaß erreicht. Wird

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die Erhitzung innerhalb des Temperaturkurvenhöckers beendet, entwickelt sich das Aroma nur teilweise. Wird die Erhitzung der Kaffeebohnen nach dem Verschwinden des Temperatürkurvenhöckers länger als etwa 3 min fortgesetzt, werden die das Aroma und den Geschmack bestimmenden Aldehyde usw. verändert und ausgetrieben, und man erhält dunkel geröstete Kaffeebohnen, denen bestimmte Aromastoffe fehlen und die einen entsprechenden Geschmack des Getränks liefern.

Gemäß Fig. 9 kann man längs der Kurve einen zwischen den Punkten E und F liegenden Punkt wählen, an dem die Erhitzung der Kaffeebohnen beendet wird, um Geschmack und Aroma des fertigen Kaffeerzeugnisses zu regeln. Wird die Erhitzung an dem Punkt E beendet, ergibt sich eine leichte bis mittlere Röstung,und wenn die Erhitzung an dem Punkt F beendet wird, werden die Kaffeebohnen in der in Italien üblichen Weise dunkel geröstet.

Man kann ein Registriergerät an den Temperaturfühler 50 der chargenweise arbeitenden Röstvorrichtung 10 oder an die Temperaturfühler 99 der Röststufe 84 bei der kontinuierlich arbeitenden Röstvorrichtung 80 anschließen, so daß sich die in Fig. 9 graphisch dargestellten Vorgänge für jede Bohnencharge dauerhaft aufzeichnen lassen, und solche Aufzeichnungen sind von kommerziellem Wert, da sie die Qualität des gerösteten Kaffees und den Röstungsgrad nachzuweisen gestatten. Somit handelt es sich bei den Temperaturkurvenhöckern um Merkmale, welche die Qualität des grünen Kaffees auf wissenschaftliche und objektive Weise dokumentieren, was im Gegensatz zu den bis jetzt allgemein gebräuchlichen subjektiven Geschmacksprüfungen steht, die sich nur unter großen Schwierigkeiten zuverlässig dokumentieren lassen. Wie erwähnt, steht die Größe des Temperaturkurvenhöckers in einer direkten Beziehung zu dem gewünschten Aroma des Kaffees, d.h. je höher der Kurvenhöcker ist, desto besser sind Geschmack und Aroma des fertigen Kaffeerzeugnisses. Durch das Fühlen und Registrieren der Temperaturen der zugeführten Luft, ζ«Β_β mit Hilf eines an den

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Temperaturfühler 60 der chargenweise arbeitenden Röstvorrichtung 10 angeschlossenen Registriergeräts, ist es möglich, die Behandlungszeiten und die übrigen Behandlungsbedingungen so zu regeln, daß optimale Ergebnisse erzielt werden.

Ansprüche:

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Claims

ANSPRÜCHE Λ

1. Vorrichtung zum Behandeln von Kaffeebohnen, gekennzeichnet durch mindestens eine Behandlungskammer (12; 82, 84, 86) bildende Einrichtungen, die an ein Gebläse (16) angeschlossen sind und jeweils eine Einrichtung (42; 102, 104, 106) zum Bestimmen der Strömungsrichtung eines Luftstroms enthalten, die dazu dient, den Luftstrom zu veranlassen, sich in der betreffenden Kammer auf geregelte Weise von unten nach oben zu bewegen, wobei das Gebläse dazu dient, Luft anzusaugen und sie der bzw. jeder Kammer durch die Einrichtung zum Bestimmen der Strömungsrichtung hindurch mit einer solchen Geschwindigkeit zuzuführen, daß Kaffeebohnen (24), die einen erheblichen Teil des Innenraums der betreffenden Kammer einnehmen, durch die nach oben strömende Luft in Form einer dichten, ständig zirkulierenden, fluidisierten Masse im Schwebezustand gehalten werden, sowie durch eine Einrichtung (14) ztfm Erhitzen der angesaugten Luft vor ihrem Eintreten in die betreffende Kammer auf eine vorbestimmte Kaffeebohnen-Behandlungstemperatur, die etwa 277°C nicht überschreitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede eine Kammer abgrenzende Einrichtung eine Länge hat, die erheblich größer ist als ihre Breite, und daß die bzw. jede Einrichtung zum Bestimmen der Strömungsrichtung eines Luftstroms einen geregelten, sich von unten nach oben bewegenden Luftstrom in einem Teil der betreffenden Kammer erzeugt, der sich im wesentlichen lückenlos über die ganze Länge der Kammer erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch an einem Ende der betreffenden Kammer (34; 88) angeordnete Einrichtungen zum kontinuierlichen Zuführen von Kaffeebohnen (24) mit einer geregelten Durchsatzgeschwindigkeit

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sowie durch eine am entgegengesetzten Ende der Kammer angeordnete Einrichtung (38; 90) zum kontinuierlichen Abführen der Kaffeebohnen unter Einhaltung der genannten Durchsatzgeschwindigkeit.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß Jede Kammer eine Länge hat, die mindestens um das Vierfache größer ist als ihre Breite, und daß eine erste Kammer (82) zum Trocknen von Kaffeebohnen (24) vorhanden ist, ferner eine der ersten Kammer benachbarte zweite Kammer (84) zum Rösten von Kaffeebohnen, eine der zweiten Kammer benachbarte dritte Kammer (86) zum Abkühlen gerösteter Kaffeebohnen, wobei eine Abgabeeinrichtung (116) der ersten Kammer mit dem Einlaß der zweiten Kammer in Verbindung steht und geeignet ist, Kaffeebohnen aus der ersten Kammer in die zweite Kammer zu überführen, wobei eine Abgabeeinrichtung (118) der zweiten Kammer in Verbindung mit dem Einlaß der dritten Kammer steht und geeignet ist, Kaffeebohnen aus der zweiten Kammer in die dritte Kammer zu überführen, wobei das Gebläse an die erste und die zweite Kammer angeschlossen ist, sowie durch ein zusätzliches Gebläse zum Ansaugen von auf Raumtemperatur befindlicher Luft und zum Fördern dieser Luft in die Kühlkammer hinein mit einer solchen Geschwindigkeit, daß die darin enthaltenen Kaffeebohnen in Form einer dichten, ständig zirkulierenden, fluidisierten Masse in einem Schwebezustand gehalten werden, so daß sich Kaffeebohnen in der Vorrichtung kontinuierlich trocknen, rösten und abkühlen lassen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede der eine Kammer (82, 84, 86) abgrenzenden Einrichtungen eine Grundplatte (102, 104, 106), eine Vorderwand und eine Rückwand aufweist, die mit der Grundplatte verbunden ist und sich von ihr aus nach oben erstreckt, daß die Einrichtungen zum Bestimmen der S trömungs richtung der zugeführten Luft zahlreiche in der Grundplatte ausgebildete,

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in Abständen verteilte Öffnungen (108) aufweisen, und daß diese Öffnungen so angeordnet sind, daß sie einen Luftstrom erzeugen, der sich im wesentlichen tangential zu der Vorderwand und den Stirnwänden der betreffenden Kammer bewegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorderwand und die Rückwand jeder Kammer erheblich breiter sind als die Stirnwände der betreffenden Kammer, daß zu der Grundplatte eine lange und schmale rechteckige Platte (102, 104, 106) gehört, die längs ihrer längeren Kanten mit der Vorderwand und der Rückwand verbunden ist, und daß die Platte so angeordnet ist, daß sie mit der Vorderwand einen spitzen Winkel bildet,

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Öffnungen (108) einen Durchmesser von mehr als etwa 4,8 mm hat, daß zusätzlich ein Sieb (45) von gleicher Größe wie die Grundplatte vorhanden ist, daß dieses Sieb eine Maschenweite von weniger als etwa 4,8 mm hat, und daß das Sieb über der Grundplatte bzw. auf ihr in der betreffenden Kammer angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine bewegbare, die Kammer (12) an ihrem oberen Ende abschließende Abdeckung (36), die es ermöglicht, die Kammer mit einer Charge aus Kaffeebohnen (24) zu beschicken, sowie durch eine Luftaustrittsöffnung, mit der der obere Teil der Kammer versehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5» gekennzei ch n e t durch eine,an ihrem unteren Rand nach unten schwenkbar gelagerte, in die Vorderwand (28) der Kammer (12) eingebaute Entnahmetür (38), die in ihrer Schließstellung einen Teil der Vorderwand bildet, an ihrem schwenkbaren gelagerten Rand in Fluchtung mit der Grundplatte (42) steht und sich zum Öffnen nach unten schwenken läßt, um das Entnehmen gerösteter Kaffeebohnen (24) aus der Kammer (12) zu ermöglichen.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmetür (38) nach oben gerichtete seitliche Abkantungen (39) aufweist, so daß sie in ihrer Öffnungsstellung, bei der sie nach unten geschwenkt ist, als Entleerungsrutsche zur Wirkung kommt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch in der bzw. jeder Kammer (12; 82, 84, 86) im wesentlichen außerhalb des zugeführten Luftstroms angeordnete Temperaturfühler (50; 97, 99, 101), die geeignet sind, in Berührung mit den im Schwebezustand gehaltenen Kaffeebohnen (24) zu kommen, um praktisch die wahre Temperatur der Kaffeebohnen zu fühlen, sowie durch auf der Außenseite jeder Kammer angeordnete, mit den zugehörigen Temperaturfühlern verbundene Temperaturanzeigeeinrichtungen (48; 96, 98, 100), die es ermöglichen, die tatsächliche Temperatur der Kaffeebohnen anzuzeigen und zu registrieren.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mehrere Temperaturfühler (97, 99, 101), die in mindestens einer der Kammern über deren Länge in Abständen verteilt und im wesentlichen außerhalb des der betreffenden Kammer zugeführten Luftstroms angeordnet und geeignet sind, in Berührung mit den im Schwebezustand gehaltenen Kaffeebohnen zu treten, damit sich praktisch die tatsächliche Temperatur der Kaffeebohnen längs der betreffenden Kammer fühlen läßt, sowie durch mehrere außerhalb der Kammern angeordnete, an die zugehörigen Temperaturfühler angeschlossene Temperaturanzeigeeinrichtungen (96, 98, 100) zum Anzeigen der tatsächlichen Kaffeebohnen-Temperatur längs der betreffenden Kammer.

13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens eine der Wände der bzw. jeder Kammer ein Schauglas (40; 94) eingebaut ist, um eine optische Beobachtung der in der betreffenden Kammer einer Behandlung unterzogenen Kaffeebohnen zu ermöglichen.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine an die Luftaustrittsöffnung angeschlossene Einrichtung (18) zum Entfernen von Spreu.

15. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine die Luftaustrittsöffnung mit dem Gebläse (16) verbindende Einrichtung (20) zum erneuten Umwälzen der erwärmten Luft.

Ι6β Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die Vorrichtung (10; 80) umschließende Wärmeisolierung (22) zum Verringern der Wärmeverluste der Vorrichtung.

17. Vorrichtung zum Rösten von Kaffeebohnen, gekennzeichnet durch eine Röstkammer (12), die durch eine langgestreckte, schmale, rechteckige Grundplatte (42) mit zahlreichen in Abständen verteilten Öffnungen (44), eine sich unter einem spitzen Winkel zu ihr nach oben erstrekkende Vorderwand (28), eine sich von der Grundplatte aus nach oben erstreckende, gegenüber der Vorderwand divergierende Rückwand (34) und sich von der Grundplatte aus nach oben erstrekkende, mit der Vorderwand und der Rückwand verbundene Stirnwände (30, 32) abgegrenzt ist, eine an die Röstkammer angeschlossene, mit ihr über die Öffnungen der Grundplatte in Verbindung, stehende Verteilerkammer (14), ein an die Verteilerkammer angeschlossenes Gebläse (16), das dazu dient, Luft anzusaugen und sie mit einer solchen Geschwindigkeit durch die Öffnungen der Grundplatte zu fördern, daß eine in der Kammer vorhandene Charge aus Kaffeebohnen (24) in Form einer dichten, ständig zirkulierenden, fluidisierten Masse im Schwebezustand gehalten wird, sowie durch ein in der Verteilerkammer angeordnetes Heizelement (52) zum Erhitzen der angesaugten Luft auf in eine vorbestimmte Kaffeebohnen-Rösttemperatur von nicht mehr als etwa 277°C vor dem Fördern der Luft durch die Öffnungen der Grundplatte.

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18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Luftaustritts öffnung nahe dem oberen finde der einen Stirnwand (32)_t eine das obere Ende der Kammer (12) abschließende, schwenkbar gelagerte Abdeckung (36), eine längs ihres unteren Randes nach unten schwenkbare, in die Vorderwmnd (28) der Kammer eingebaute Entnahmetür (38), die sich an die Grundplatte (42) anschließt und nach oben abgewinkelte seitliche Abkantungen (39) aufweist, so daß sie in ihrer Öffnungsstellung im nach unten geschwenkten Zustand eine Entleerungsrutsche bildet, ein Thermometer (48) mit einem Temperaturfühler (50), der in der Kammer so angeordnet ist, daß er mit den ständig zirkulierenden Kaffeebohnen (24) an einem Punkt innerhalb der durch die Kaffeebohnen gebildeten dichten, fluidisierten Masse und allgemein außerhalb des Luftstroms in Berührung kommt, sowie ein in eine der Wände der Kammer eingebautes Schauglas (40) zum Beobachten der Kaffeebohnen während des Röstvorgangs.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (20) zum erneuten Umwälzen der erwärmten Luft sowie eine in Verbindung mit der Kammer (12) und der Verteilerkammer (14) stehende Einrichtung (18) zum Entfernen von Spreu.

20. Verfahren zum Erhitzen von Kaffeebohnen, dadurch gekennzeichnet , daß Luft auf eine Temperatur von nicht mehr als etwa 277⁰C erhitzt wird, daß die erhitzte Luft in Form eines nach oben gerichteten Stroms durch einen erheblichen Teil eines in einem abgeschlossenen Raum vorhandenen Betts aus Kaffeebohnen geleitet wird, daß hierbei die Geschwindigkeit des Luftstroms ausreicht, um die Kaffeebohnen in dem genannten Teil so in einem Schwebezustand zu halten, daß in dem genannten Raum aus sämtlichen Kaffeebohnen eine dichte, ständig zirkulierende, fluidisierte Masse entsteht, und daß die Kaffeebohnen dem abgeschlossenen Raum entnommen werden, nachdem sie eine vorbestimmte Temperatur erreicht haben·

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21. Verfahren nach Anspruch 20 zur Anwendung beim Rösten von Kaffeebohne?*, dadurch gekennzeichnet , daß die tatsächliche gleichmäßige Erhöhung der Temperatur der die Masse bildenden Kaffeebohnen während des Erhitzens gemessen wird, daß die tatsächliche Temperatur der Kaffeebohnen kontinuierlich überwacht wird, daß das Auftreten eines auf pyrolytischem Wege hervorgerufenen Temperaturanstiegs in den die Masse bildenden Kaffeebohnen nachgewiesen wird, und daß die Kaffeebohnen abgekühlt werden, nachdem nach dem Nachweisen des Temperaturanstiegs eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist.

22. Verfahren zum Ermitteln der Geschmackserzeugungsqualität von Kaffeebohnen unbekannter Geschmacksqualität, dadurch gekennzeichnet , daß die Kaffeebohnen in einem abgeschlossenen Raum mit Hilfe eines diesem Raum zugeführten, sich nach oben bewegenden Stroms erhitzter Luft in Form einer dichten, ständig zirkulierenden Masse im Schwebezustand gehalten werden, daß der tatsächliche Temperaturanstieg der Kaffeebohnen innerhalb der Masse während ihrer Erhitzung überwacht wird, daß das Auftreten einer auf pyrolytischem Wege herbeigeführten Temperatursteigerung in den die Masse bildenden Kaffeebohnen nachgewiesen wird, daß die Größe dieses Temperaturanstiegs gemessen und registriert wird, und daß Größe die Größe des gemessenen Temperaturanstiegs mit vorher aufgezeichneten Angaben über die Größe des Temperaturanstiegs verschiedener Kaffeesorten bekannter Geschmackserzeugungsqualität verglichen wird, um diejenige bekannte Kaffeesorte zu finden, bei welcher der Verlauf der Temperaturanstiegskurve dem gemessenen Temperaturanstieg der unbekannten Kaffeesorte am stärksten ähnelt.

23. Verfahren nach Anspruch 22 zur Anwendung beim Rösten von Kaffeebohnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft auf eine etwa 277°C nicht überschreitende Temperatur erhitzt wird.

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24. Verfahren zum kontinuierlichen Durchführen einer Wärmebehandlung von Kaffeebohnen, dadurch gekennzeichnet, daß Kaffeebohnen in einer Kammer, deren Länge mindestens dem Vierfachen ihrer Tiefe entspricht, dadurch kontinuierlich in einem Schwebezustand gehalten werden, daß der Kammer ein nach oben gerichteter erhitzter Luftstrom zugeführt wird, dessen Geschwindigkeit und Richtung derart sind, daß die Kaffeebohnen eine dichte, fluidisierte Masse bilden und innerhalb dieser Masse ständig in Bahnen zirkulieren, die sich allgemein im rechten Kinkel zur Längsabmessung der Kammer erstrekken, daß kontinuierlich behandelte Kaffeebohnen mit einer geregelten Durchsatzgeschwindigkeit über ein Austrittsende der Kammer abgeführt werden, daß der Kammer an einem dem Austrittsende gegenüberliegenden Eintrittsende kontinuierlich unbehandelte Kaffeebohnen allgemein mit einer Durchsatzgeschwindigkeit zugeführt werden, die der Durchsatzgeschwindigkeit beim Abführen der Kaffeebohnen entspricht, und daß hierbei das Abführen und das Zuführen von Kaffeebohnen unter Einhaltung der geregelten Durchsatzgeschwindigkeit dazu führt, daß sich die Kaffeebohnen innerhalb der durch sie gebildeten Masse allgemein vom Eintrittsende zum Austrittsende der Kammer bewegen.

25. Verfahren nach Anspruch 24 zur Anwendung beim Rösten von Kaffeebohnen, dadurch gekennzeichnet , daß der Luftstrom auf eine Temperatur von nicht mehr als etwa 277⁰C erhitzt wird, und daß die Durchsatzgeschwindigkeit, mit der Kaffeebohnen abgeführt und zugeführt werden, so geregelt wird, daß das Rösten jeder Kaffeebohne zu Ende geführt wird, bevor sie aus der Kammer abgeführt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächliche Temperaturerhöhung der Kaffeebohnen innerhalb der gleichmäßigen, fluidisierten Masse mit Hilfe von mehreren in Abständen verteilten, in der Querrichtung in die Kammer und in die Kaffeebohnenmasse allgemein außerhalb des sie erhitzenden Luftstroms hineinragenden

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Temperaturfühlern kontinuierlich gemessen wird, und daß die Durchsatzgeschwindigkeit, mit der Kaffeebohnen abgeführt und zugeführt werden, in Abhängigkeit von dem gemessenen Temperaturanstieg eingestellt wird, um eine gleichmäßige geregelte Röstung der Kaffeebohnen zu erzielen.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaffeebohnen unmittelbar nach der Beendigung des Röstvorgangs allgemein auf Raumtemperatur abgekühlt werden.

Der Patentanwalt:

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