DE2532277C3

DE2532277C3 - Kaffeemaschine für Filterkaffee mit Frischwasserbehälter und Steigrohr

Info

Publication number: DE2532277C3
Application number: DE2532277A
Authority: DE
Inventors: Karl H. Cherry Hill N.J. Bergmann; Harvey Fairfield Conn. Levine
Original assignee: Melitta Inc Cherry Hill Nj (vsta)
Current assignee: Melitta Inc Cherry Hill Nj (vsta)
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1975-07-18
Publication date: 1979-11-15
Also published as: US4103603A; DE2560002B1; DE2560002C3; DE2532277A1; BR7504582A; AR206717A1; DE2532277B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kaffeemaschine für Filterkaffee mit einem Frischwasserbehälter, durch den ein Steigrohr durchgeführt ist, einer unter dem Frischwasserbehälter angeordneten Hiezvorrichtung und einem Verbindungsrohr zwischen dem Frischwasserbehälter und der Heizvorrichtung.

Eine derartige Kaffeemaschine ist aus der DE-AS 16 79 123 bekannt. Es handelt sich dort um eine Kaffeemaschine mit Durchlauferhitzer. Das aus dem Frischwasserbehälter in die Heizvorrichtung eintretende Wasser wird also laufend erhitzt, und das heiße Wasser steigt infolge seiner geringeren Dichte durch das Steigrohr nach oben, wo es in einen Wasserüberlauf austritt. Damit das Brühwasser sich nicht vorzeitig abkühlt, ist das Steigrohr durch ein Mantelrohr von dem Frischwasserbehälter isoliert. Der Erhitzungsvorgang setzt sich laufend so lange fort, bis der Wasserdruck nicht mehr ausreicht, um einen druckabhängigen Schalter geschlossen zu halten.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die notwendige Wassermenge in kürzerer Zeit auf die vorgeschriebene Temperatur zu erhitzen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs I gelöst.

Hierbei war es notwendig, von dem Prinzip des Durchlauferhitzers abzugehen und zur periodischen Erhitzung kleiner Wassermengen überzugehen. Hierzu wird jeweils nur eine '.leine Wassermenge in die Heizvorrichtung eingefüllt und schlagartig so weit erhitzt, daß das entstehende Gemisch von Wasser und Dampf durch das Steigrohr nach oben gerissen wird und in den Überlauf gelangt. Wenn diese Menge ausgetrieben ist, wird die Heizvorrichtung wieder mit Frischwasser gefüllt und erneut erhitzt bzw. zur Steuerung des Wasserzulaufs dient das am unteren F.nde des Steigrohrs angebrachte Ventil, das sich jeweils durch den Überdruck des erhitzten Wassers schließt und so verhindert, daß Frischwasser ohne ausreichende Erhitzung durch das Steigrohr in den Überlauf gelangt. So ist eine äußerst rasche Erhitzung des Wassers auf die für den Brühvorgang günstigste Temperatur möglich.

Um die Erhitzungszeit we'ucr herabzusetzen, empfiehlt es sich eine Vorwärmung des Wassers im Frischwasserbehälter und im Verbindungsrohr. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise das Steigrohr wärmeleitend durch den Frischwasserbehälter und das Verbindungsrohr geführt, und das Verbindungsrohr ist mit einer Zusatzheizung versehen. Die wärmeleitende Verbindung zwischen Steigrohr und Frischwasserbehälter kann ohne Schaden vorgenommen werden, weil das periodisch geförderte Wasser-Dampfgemisch von vornherein eine höhere Temperatur hat als Heißwasser, bei dem eine Dampfbildung vermieden werden muß.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Darstellung der ganzen Kaffeemaschine,

F i g. 2 ein Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1,

F i g. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung längs der Linie 3-3 in Fig. I,

F i g. 4 ein Teilschnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 3 mit weggebrochenen Teilen,

F i g. 5 ein Teilschnitt längs der Linie 5-5 in F i g. 3 und

Fig.6 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung zur Steuerung der Kaffeemaschine,
jo Die dargestellte Kaffeemaschine 10 besteht aus einem Gestell 12 mit einem Gehäuse 14 und einem Deckel 16, der aus Kunststoff bestehen kann. Das Gehäuse 14 hat einen horizontalen Boden 18, vertikale Seitenwände 20 und 22 und eine geschlossene Rückwand 24. Eine i"> Zwischenwand 26 trifft die nach unten ausladenden Vorderkanten 28 und 30 der Seitenwände 20 und 22 und ist um eine vertikale Achse nach innen gewölbt, so daß sich eine geschlossene Kammer 32 innerhalb des Gehäuses 14 und eine nach vorne offene Kammer 34 an •to der Vorderseite des Gehäuses ergibt.

Eine vertikale Wand 36 in der Innenkammer 32 bildet einen Wasserbehälter 38 im Oberteil des Gehäuses 14, der oben bei 40 offen ist, um kaltes Wasser nachfüllen zu können. Der Behälter 38 hat an seiner Unterseite eine •■f"' öffnung 42, durch die das Wasser in ein Verbindungsrohr 44 austreten kann.

Das Verbindungsrohr 44 hat einen kreisförmigen

Querschnitt. Sein oberes Ende 46 erstreckt sich durch die Öffnung 42 des Behälters 38 und ist dort mit einem

^r>o Federring 48 festgehalten, der in eine Ringnut am oberen Ende 46 des Rohres 44 eingreift. Das Rohr 44, das unterhalb des Behälters 38 angeordnet ist, hat ein im Verhältnis zum Volumen des Behälters 38 stark verringertes Volumen. Das Verbindungsrohr 44 kann aus Metall mit gut wärmeleitenden Eigenschaften bestehen.

Das untere Ende 50 des Verbindungsrohres 44 ist innen ausgedreht und mit Gewinde versehen und nimmt das obere Ende 54 einer Heiz- und Pumpvorrichtung 52 ^b0 auf. Die Heiz- und Pumpvorrichtung 52 besteht aus einem Metallgußstück 56 mit guten Wärmeleitungseigenschaften, in das eine isolierte elektrische Heizwicklung 58 mit äußeren Anschlußklemmen 60 eingebettet ist. Die Heizwicklung 58 umgibt eine Vertiefung 62 in ^br» der Vorrichtung 56, die zur Aufnahme und Erhitzung einer aus dem Verbindungsrohr 44 stammenden Wassermenge dient.

Das Gußstück 56 ist am Boden des Gestells 12

beispielsweise mittels einer Schraube 59 befestigt.

Die Heiz- und Pumpvorrichtung 52 weist ferner ein Steigrohr 64 auf, das aus Metall mit guten Warmeleitungseigenschaften besieht. Das Steigrohr 64 erstreckt sich in Vertikalrichtung durch das Verbirrdungsrohr 44 und den Wasserbehälter 38 und ist durch ein Abstandsstück 66 am oberen Ende 46 des Verbindungsrohres 44 festgehalten. Das unte.e Ende 68 des Steigrohres 64 wird von einem Absperrventil 70 umgeben.

Das Absperrventil 70 weist einen tellerförmigen feststehenaen Teil 72 auf, dessen Mitte am Ende 68 des Steigrohres 64 befestigt ist. während der äußere Rand des Ventilteils 72 zwischen der Schulter an der Unterseite des Verbindungsrohres 44 und dem oberen Ende 54 der Heiz- und Pumpvorrichtung 52 eingeklemmt ist. Der Ventilteil 72 ist mit einer Mehrzahl von Löchern 74 versehen, welche das Verbindungsrohr 44 mit der Vertiefung 62 verbinden. Unterhalb des tellerförmigen Ventilteils 72 wird das Fnde 68 des Steigrohres 64 von einer verschiebbaren Ventilscheibe 76 umgeben, die auf einem radialen Flansch 78 am unteren Ende 68 des Steigrohres 64 aufruht.

Im Ruhezustand nimmt die Ventilscheibe 76 durch die Wirkung der Schwerkraft ihre Öffnungslage ein und ruht auf dem Flansch 78 auf. Wenn dagegen eine nach oben gerichtete Druckkraft auf die Ventilscheibe 76 ausgeübt wird, d. h. wenn der Dampfdruck des in der Vertiefung 62 erhitzten Wassers genügend angestiegen ist, verschiebt sich die Scheibe 76 nach oben in ihre geschlossene Lage, worin sie die Löcher 74 verschließt. Dadurch wird das Nachfließen des Wassers aus uem Behälter 38 durch das Verbindungsrohr 44 in die Vertiefung 62 verhindert. Der Ausgang 80 durch das Steigrohr 64 bleibt dagegen zu allen Zeiten geöffnet, so daß das heiße Wasser durch den in der Vertiefung 62 erzeugten Dampf in das Steigrohr gedrückt wird und am oberen Ende 82 austritt. Hierbei geht ein Teil der Wärme von diesem Wasser und dem Dampf durch das Steigrohr auf d-ts Wasser in dem Verbindungsrohr 44 und dem Behälter 38 über.

Wenn die Heiz- und Pumpwirkung der Vorrichtung 52 weiter gesteigert werden soll, kann eine Zusatzheizung 84 vorgesehen sein. Die Zusatzheizung 84 wird von einer Schelle 86 mit Spannschrauben 88 in Anlage an der Außenfläche des gut wärmeleitenden Verbindungsrohres 44 gehalten.

Die Heizvorrichtungen 52 und 84 werden über eine Anschlußschnur 92 mit Netzstrom versorgt. Die elektrische Schaltung 93 mit einem Thermostatschalter 94 und einem Umgehungswiderstand 96, die mit einer Schelle 98 am unteren Endteil 50 des Verbindungsrohres 44 befestigt sind, und einem Hauptschalter 100 wird weiter unten an Hand der Fig. 6 im einzelnen beschrieben. Der Deckel 16 überdeckt die Einfüilöffnung 40 und kann leicht abgenommen werden, um den Wasserbehälter 38 mit der gewünschten Menge kalten Wassers zu füllen. Der Deckel 16 ist doppelwandig, besitzt also eine Oberwand 102 und eine Unterwand 104, zwischen denen sich eine Kammer iO6 befindet. Der hintere Teil 108 des Deckels 16 erstreckt sich von der Rückwand 24 des Gehäuses 14 über die Einfüllöffnung 40 des Behälters 38, während der vordere Teil 110 des Deckels 16 bis zu den Vorderkanten 28 und 30 der Seitenwände 20 und 22 reicht. Die unlere Begrenzungswand 104 des Deckels 16 verläuft nahezu horizontal, ist jedoch vom rückwärtigen Teil 108 zum vorderen Teil 110 leicht abwärts gerichtet.

Die untere Wand 104 des Deckels 16 besitzt eine Öffnung 112, die von einem nach oben weisenden Kragen 114 umgeben wird, um das obere Ende 82 des Steigrohres 64 aufnehmen zu können, wie Fig. 3 zeigt. Eine weitere Öffnung oder auch mehrere Öffnungen 116 sind am Vorderteil 110 des Deckels 16 in der unteren Begrenzungswand 104 desselben vorgesehen, und zwar ist diese Wand an der betreffenden Stelle nach außen gewölbt, so daß sie eine Ausflußmündung zur Abgabe

lu des heißen Wassers bildet. Eine dritte Öffnung 118 in der unteren Begrenzungswand 104 des Deckels 16 befindet sich im rückwärtigen Teil 108 desselben zwischen der Öffnung 112 und der Rückwand 24. Die Öffnung 114 befindet sich oberhalb der Einfüllöffnung 40 des Wasserbehälters 38, wenn der Deckel 16 sich in seiner in Fig. 3 dargestellten Normallage befindet, und ist mit einem Stutzen 120 versehen, der von der unteren Begrenzungswand 104 beinahe bis zur Unterseite der oberen Begrenzungswand 102 des Deckels 16 reicht.

An der Bodenplatte 18 des Gehäuses 14 ist eine Warmhalteplatte 122 mittels einer Schraube 124 in der Kammer 34 derart angeordnet, daß die Warmhalteplaite unter die Ausflußöffnungen 116 des Deckels 16 kommt. Die Warmhalteplatte 122 ist mit einer

2^r> Deckplatte 126 aus Metall versehen, auf die eine Kaffeekanne 128 (in F i g. 1 gestrichelt gezeichnet) gestellt werden kann, um sie durch ein in der Warmhalteplatte 122 befindliches Heizelement 130 zu wärmen. Das Heizelement 130 ist in die Schaltung 93

jn derart einbezogen, daß in der Stellung »EIN« des Schalters 100 ein Strom in dem Heizelement 130 fließt, wodurch der in der Kanne 128 befindliche Kaffe auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird.

Die Kaffemaschine 10 ist so eingerichtet, daß Kaffee in einer gewünschten Tassenzahl in wenigen Minuten aus frischem Leitungswasser bereitet werden kann. Beispielsweise kann die Kaffeemaschine 10 1,8 1 oder 12 Kaffeetassen in etwa 6 Minuten zubereiten, wenn der Deckel 16 abgenommen und 1,8 I Frischwasser mit einer υ Temperatur von 24°C in den Behälter 38 eingegossen werden. Nach dem Füllen des Behälters mit Wasser wird der Hauptschalter 100 eingeschaltet, so daß die Heizvorrichtung 58 und gegebenenfalls die Zusatzheizung 84 mit Strom versorgt werden. Die Leistungsauf-

-tj nähme beträgt beispielsweise etwa 1,5 kW. Dadurch erhitzt sich das in der Vertiefung 62 stehende Wasser sehr rasch und erzeugt ein Gemisch von Wasser und Dampf, wodurch der Druck erhöhl und das Ventil 70 geschlossen wird. Der in der Vertiefung 62 erzeugte hohe Druck bewirkt eine Pumpwirkung, durch welche das heiße Wasser und der Dampf nach oben durch die Öffnung 80 im Steigrohr 64 getrieben werden. Während des Aufsteigens übertragen das heiße Wasser und der Dampf einen gewissen Teil ihrer Wärme durch die Wände des Steigrohres auf das im Verbindungsrohr 44 stehende Wasser, sowie auf das noch im Behälter 38 befindliche Wasser. Da das Wasservolumen in dem Verbindungsrohr 44 kleiner als im Behälter 38 ist. ergibt der gleiche Wärmeübergang einen stärkeren Tempera-Mi turanstieg für das Wasser im Verbindungsrohr 44. So wird das Wasser im Verbindungsrohr 44 im Gegenstromprinzip vorgeheizt, bevor es in die Vertiefung 62 gelangt und dort der nächsten Erwärmungs- und Pumpwirkung ausgesetzt wird.

hi Das mit Dampf versetzte heiße Wasser, das durch das Steigrohr 64 nach oben steigt, gelangt aus dem oberen Ende 82 desselben in die Kammer 106 des Deckels 16. Dieser besteht vorzugsweise aus wärmeisolierendem

Kunststoff. Der zur oberen Begrenzung der Kammer 106 aufsteigende Dampf wird von der Öffnung 118 in den Behälter 38 geleitel, wo er seine Warme an das in diesem Behälter befindliche Wasser abgibt und so dessen Temperatur weiter erhöht. Das erwärmte Wasser, das sich auf der unteren Begrenzungswand 104 des Deckels 16 sammelt, fließt der Neigung desselben folgend zum Vorderteil 110 und den Auslassöffnungen 116. Da der Dampf größtenteils durch die Öffnung 118 abströmen und kondensiert werden kann, liefern die Ausflußöffnungen 116 im wesentlichen alles Wasser, das dank des Wärmeübergangs durch die Wände des Steigrohres 64 auf eine Temperatur abgekühlt hat, die unterhalb des Siedepunktes im Bereich von 65 bis 94°C liegt und vorzugsweise 90⁰C beträgt.

Das aus der Mündung S16 austretende Wasser tropft auf einen Filter 1132, der unter der Ausflußmündung 116 auf die Kaffeekanne 128 aufgesetzt ist. Der Filter 132 ist in bekannter Weise gestaltet und dient zur Aufnahme einer Papierfilterscheibe, die gemahlenen Kaffee enthält, durch welchen das heiße Wasser durchgehen soll. Das Wasser löst die gewünschten Kaffeebestandlcile aus den gemahlenen Kaffeebohnen und gelangt durch den Filter 132 in die Kanne 128.

Es ist bekannt, daß man zur Zubereitung eines Kaffees höchster Qualität von frischem kaltem Wasser ausgehen soll, während die Temperatur des in Berührung mit dem gemahlenen Kaffee kommenden Wassers nicht mehr als 3°C nach oben oder unten von 93"C abweichen soll. Bei höheren Temperaturen schmeckt der Kaffee verbrannt, während niedrigere Temperaturen schlechte Ausbeute ergeben. Auch die zur Zubereitung des Kaffees benötigte Zeil ist wichtig und hängt vor allem vom Vermahlungsgrad ab. 4 bis 6 Minulcn reichen für feingemahlenen Kaffee, b bis 8 Minuten für normalen Vermahlungsgrad. Wenn die Kaffeezubereitung langer dauert, werden unerwünschte Bestandteile gelöst, die dem Kaffee einen bitteren und strengen Geschmack verleihen.

Nachdem der Kaffee durch den mit gemahlenem Kaffee bedeckten Filter 132 durchgelaufen ist, wird der Filter 132 abgenommen, während der im Krug 128 befindliche fertige Kaffee auf der für den Gebrauch erwünschten Temperatur gehalten wird. Jedesmal, wenn ein Gemisch von Wasser und Dampf in der Vertiefung 62 der Heiz- und Pumpvorrichtung 52 erzeugt und durch das Steigrohr 64 nach oben in die Deckelkammer 106 gedrückt wurde, kehrt der Druck in der Vertiefung 62 zum Normalwert zurück. Dadurch kehrt die Ventilschcibe 72 in ihren offenen Zustand zurück, so daß eine neue Füllmenge vorgewärmten Wassers im Verbindungsrohr 44 in die Vertiefung 62 gelangt, während im Verbindungsrohr 44 Wasser aus dem Behälter 38 nachfließt. Wenn das in der Vertiefung 62 befindliche Wasser genügend aufgeheizt ist, bildet sich erneut ein Druck aus, und das Ventil 70 schließt sich, wodurch die Pumpwirkung sich wiederholt. Dieses Spiel setzt sich fort, bis das gesamte Wasser im Behälter und dem Verbindungsrohr 44 durch die Mündung 116 ausgegeben wurde. Die Zusatzheizung 84 unterstützt die Heiz· und Pumpwirkung durch Versorgung des Wassers mit zusätzlicher Wärme innerhalb der begrenzten Kapazität des Verbindungsrohres 44, so weil die Wärme nichl ^r> bereits durch die Wände des Steigrohres 64 abgeleitet wurde.

Wenn der Behälter 38 und das Verbindungsrohr 44 ihren gesamten Wasserinhali an die Vertiefung 62 der Heiz- und Pumpvorrichtung 52 abgegeben haben, steigt

"· die Temperatur des Gußteils 56 über den Sicdepunkl des Wassers an. Dieser Temperaturanstieg wird vom Thermostatschalter 94 festgestellt: letzlerer befindel sich am unteren Endteil 50 des Vcrbindungsrohrcs bzw am oberen Ende der Heiz- und Pumpvorrichtung 52

" Wenn eine vorbestimmlc Temperatur oberhalb tOO'C festgestellt wird, öffnet der Therniosiaikoniaki 94 und beendet so die Versorgung der Heizelemente 58 und 84 mit elektrischer Energie. Die Warmhalteplatte 122 wird dagegen weiterhin unter Strom gehallen, bis der Hauptschalter 100 in die »AUS«-Stcllung gebracht wird. Wie Fig. 6 zeigt, wird der Netzstiom über den Hauptschalter 100 auf die Adern 134 und 136 gegeben Eine Anzeigelampe 138 in Reihe mit einem Begrenzungswiderstand 140 zeigt an, daß der Hauptschalter 100 eingeschaltet ist; diese Kombination kann in den Hauptschalter 100 eingebaut sein. Die Hauptheizung 58 liegt in Reihe mit dem Thermostalkontakt 94 zwischen den Linien 134 und 136. Der Thermostatkontakt 94 befindet sich normalerweise im geschlossenen Zustand

JO so daß die Hauptheizung 58 eingeschaltet werden kann wenn der Hauptschalter 100 zu Beginn einer Kaffeezubereitung geschlossen wird. Wenn das zusätzliche Heizelement 84 verwendet wird, liegt es parallel zur Hauptheizung 58. Am Ende des Vorganges, wenn der Thermoslatkontakt 94 den Wassermangel in der Heiz- und Pumpvorrichtung 52 feststellt, öffnet er sich und trennt die Heizelemente 58 und 84 von der Netzspannung. Der Umgebungswiderstand 96, der parallel zum Thermostatschalter 94 geschaltet ist, dient zur Aufrechterhaltung eines geringen Erregungspegels der Heizelemente 58 und 84, damit der Thermostatschalter 94 geschlossen bleiben kann.

Die Warmhalteplatte 130 ist unmittelbar an die Aderr 134 und 136 angeschlossen, so daß sie ständig mit Strorr

⁴^ versorgt wird, so lange der Hauptschalter IOC geschlossen ist. Auch wenn also der eigentliche Brühvorgang beendet ist, bleibt die Warmhalteplatte eingeschaltet.

Die Ausbildung und Anordnung des Behälters 38, des

5« Verbindungsrohres 44 und der Heiz- und Pumpvorrichtung 52, die für die Wärmeübertragung im Gegenstrom /"11 1 W*r~* η /H 1 C

Wassers, bevor es in das Heizelement gelangt verantwortlich sind, bewirken eine erhöhte Leistungsfähigkeit und Brühgeschwindigkeit unter Bedingungen die eine Kaffeezubereitung mit hoher Qualität gewährleisten. Auch die Zusatzheizung 84 fördert untei bestimmten Umständen die Brühgeschwindigkeit.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kaffeemaschine für Filterkaffee mit einem Frischwasserbehälter, durch den ein Steigrohr durchgeführt ist, einer unter dem Frischwusserbehälter angeordneten Heizvorrichtung und einem Verbindungsrohr zwischen dem Frischwasserbehäller und der Heizvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsrohr (44) das Steigrohr (64) konzentrisch umgibt und von oben in die Heizvorrichtung (52) hineinragt, die eine Vertiefung (62) zur Aufnahme des aus dem Verbindungsrohr auslaufenden Wassers aufweist, und daß das untere Ende (68) des Steigrohres ein Ventil (70) trägt, das bei einem durch Erhitzung des in der Vertiefung (62) befindlichen Wassers auftretenden Überdruck schließt und den Wasserzulauf aus dem Verbindungsrohr in die Vertiefung (62) sperrt.

2. Kaffeemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steigrohr (64) und dem Frischwasserbehälter (38) eine die Wärme gut leitende Verbindung besteht.

3. Kaffemaschine nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß an dem aus gut wärmeleitendem Werkstoff bestehenden Verbindungsrohr (44) eine Zusatzheizung (84) zum Vorwärmen des darin befindlichen Wassers anliegt.