DE2856498C2 - Elektrische Kaffeemaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kaffeemaschine mit einem Frischwasserbehälter, von dem das Wasser über eine Frischwasserleitung mit einer darin angeordneten Drosseleinrichtung zu einem Durchlauferhitzer und von diesem über eine Heißwasserleitung zu einem Kaffeefilter fließt, wobei der Frischwasserbehäiter, der Kaffeefilter und die dazwischenliegenden Wasserwege, nämlich die Frischwasserleitung der Durchlauferhitzer und die Heiöwasserleitung Teile eines Drucksystems bilden.

Bei einer derartigen Kaffeemaschine ist die Heißwasserleitung über ein Dampfabscheidersystem mit dem Luft- bzw. Dampfraum des Frischwasserbehällers verbunden, um einen Druckausgleich herzustellen. In einem derartigen System geht der Druckaufbau anfangs langsam vonstatten, wodurch die pro Zeiteinheit geförderte Heißwassermenge zu Beginn des Brühvorganges geringer ist, als gegen Ende des Brühvorgangs. Dieses Verhalten kann darauf beruhen, daß das Frischwasser im Frischwasserbehälter sich durch Dampfkondensation und durch aus dem Dampfabscheider mitgerissenes Heißwasser allmählich erwärmt und dann im Durchlauferhitzer zu einer stärkeren Dampferzeugung und damit einem stärkeren Druckaufbau führt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde_t bei einer elektrischen Kaffeemaschine der eingangs beschriebenen Art mit Drucksystem den Betriebsdruck während des Brüh Vorgangs zu vergleichmäßigen und insbesondere einen schnelleren Aufbau des Betriebsdrucks zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der wirksame Querschnitt der Drosseleinrichtung abhängig vom Druck im Drucksystem und/oder einem Zeitglied und/oder der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in der Frischwasserleitung steuerbar ist Dadurch wird beim Aufheizen des Systems bzw. in der Anfangsphase des Brühvorgangs eine stärkere Drosselung der Wasserzufuhr erreicht, die eine stärkere Erwärmung des Wassers und damit eine stärkere Dampfbildung ermöglicht, was wiederum zu einem schnelleren Druckaufbau und einer Vergleichmäßigung des Drucks im System über den gesamten Brühvorgang führt

Das Zeitglied kann ein vom Durchlauferhitzer beheiztes Bimetall aufweisen.

Die Drosseleinrichtung kann als ein durch eine Vorspannfeder belastetes Schlauch-Quetschventil ausgeführt sein. Die Vorspannung der Vorspannfeder einer Drosseleinrichtung kann überdies von einem Zeitglied gesteuert werden, wodurch noch der Unterschied in der zu überwindenden Förderhöhe zwischen dem Anfang des Brühvorgangs und dem Ende des Brühvorgangs ausgeglichen werden kann, der dadurch entsteht, daß der Frischwasserbehälter mehr oder weniger hoch mit Wasser gefüllt ist und daher eine mehr oder weniger hohe Wassersäule auf die Zulaufsehe des Durchlauferhitzers drückt, während die Förderhöhe auf der Auslaufseite, die durch das Steigrohr gegeben ist gleich bleibt.

Zur Veränderung des wirksamen Querschnitts der Drosseleinrichtung in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers kann ein Drosselventil vorgesehen sein mit einem bewegten, in die offene Stellung vorgespannten Ventilkörper, der mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit zunehmend in Richtung auf seinen Sitz bewegt wird, wobei zwischen dem Ventilkörper und dem Sitz eine zunehmende Verengung auftritt und damit eine zunehmende Drosselwirkung erzielt wird. Der Ventilsitz kann Nuten aufweisen, die einen Mindestdurchfluß auch bei völlig aufsitzendem Ventilkörper freilassen, so daß die maximale Drosselwirkung begrenzt ist. Da die Förderung im Durchlauferhitzer ungleichmäßig d. h. pulsierend ist, wird der Ventilkörper sich hin und her bewegen, wobei er seine größte Drosselwirkung bei den größten Geschwindigkeiten erzielt und dadurch die auftretenden Maximalgeschwindigkeiten herabsetzt, was zu einer Vergleiehmäßigung der Förderung und damit auch zu einer besseren Dampfbildung und einem besseren Druckaufbau zu Beginn des Betriebes beiträgt. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das üblicherweise in der Frischwasserleitung angeordnete Rückschlagventil einen zweiten Ventilsitz erhalten und damit gleichzeitig als von der Strömungsgeschwindigkeit abhängiges

erfindungsgemäßes Drosselventil ausgebildet sein. Anstelle einer Vorspannfeder kann bei Einbau des Drosselventils in eine vertikale Leitung auch die Schwimmkraft des Ventilkörpers wie z. B. einer Ventilkugel verwendet werden,

Zur Bildung eines Zeitschalters kann anstelle der Wärme des Durchlauferhitzers auch die Wärme des bereiteten Heißwassers verwendet werden und dazu ein auf die Drosselstelle in der Frischwasserleitung einwirkendes Bimetall in bzw. an der Heißwasserleitung angeordnet sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen Kaffeemaschine mit einer abhängig vom Druck im Drucksystem gesteuerten Drosseleinrichtung in der Frischwasserleitung,

Fig.2 einen Schnitt im wesentlichen entlang der Linie U-II in Fig. 1,

F i g. 3 eine ausschnittsweise Sche.madarstellung einer erfindungsgemäßen Kaffeemaschine mit e^:ner zeitabhängig gesteuerten Drosseleinrichtung in der Frischwasserleitung,

F i g. 4 eine ausschnittsweise Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen Kaffeemaschine mit einer zeitabhängig und abhängig vom Druck im Drucksystem gesteuerten Drosseleinrichtung und

Fig.5 in einem vertikalen Schnitt ein mit einem Rückschlagventil kombiniertes, von der Strömungsgeschwindigkeit in der Frischwasserleitung abhängiges Drosselventil.

Die in F i g. 1 zum Tei! stark schematisiert dargestellte elektrische Haushaltskaffeemaschine weist einen Frischwasserbehälter 1 auf, der über eine, ein Rückschlagventil 2 enthaltende Verbindungsleitung 3 an einen Durchlauferhitzer 4 angeschlossen ist, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zugleich eine Warmhalteplatte 5 beheizt. An den Durchlauferhitzer 4 ist eine BrühwassiTsteigleitung 6 angeschlossen, von der eine Dampfrückleitung 7 abzweigt, die in den Luftraum 11 des Frischwasserbehälters 1 einmündet. Der Dampfrückleitung ist ein Kondenswasserabscheider 8 zugeordnet, der über ein weiteres Rückschlagventil 9 an die Briihwassersteigleitung angeschlossen ist Der Frischwanserbehälter 1 ist durch einen druckdichten Deckel 12 verschlossen, der von einem Luftkanal 14 mit einem darin eingebauten Sicherheitsventil 16 durchsetzt wird. Die Briihwassersteigleitung 6 ist druckdicht an einen Kaffeefilter 18 \n Kegelform angeschlossen, der an seinem Auslauf 20 durch ein Überdruckventil 22 verschlossen ist, das betriebsmäßig den Druck mit dem gefiltert wird, reguliert Mittels eines Stellhebels 24 kann über eine Steuereinrichtung 26 die Vorspannung des Überdruckventils 22 von Hand eingestellt werden. Unter dem Filter 18 sitzt auf der Warmhalteplatte 5 ein Kaffeebehälter 28.

In die Verbindungsleitung bzw. Frischwasserleitung 3 ist ein elastischer Schlauchabschnitt 30 zwischengeschaltet auf den wie insbesondere auch in Fig.2 zu sehen ist, eine Schlauchklemmeinrichtung 32 mit der Kraft einer sich gegen den Frischwasserbehälter 1 abstützenden Vorspannfeder 34 einwirkt, wodurch im elastischen Schlauch 30 eine Drosselstelle gebildet wird. Die Schlauchklemmeinrichtung besitzt ein unteres im Kaffeemaschinengehäuse befestigtes Klemm- und Führungsteil 36, mit ein!'' Ausnehmung 38, in die der elastische Schlauch 30 und ein zweites darauf gelegtes Klemmteil 40 einlegber ist Schultern 42 in der Ausnehmung 38 verhindern, daß das zweite Klemmteil 40 den Schlauch völlig zusammendrückt und bestimmen damit den Mindestdurchflußquerschnitt des Schlauches 30 bzw. die maximale Drosselwirkung. Die Klemmteile 36 und 40 sind plattenförmig und weisen wie in dem Schnitt in Längsrichtung des Schlauches in F i g. 1 zu sehen gewölbte, mit dem Schlauch zusammenwirkende Flächen auf. Zu Beginn des Betriebs der Kaffeemaschine muß der Druck im Drucksystem sich erst aufbauen, was durch die, durch die engste Stellung der Drosseleinrichtung gedrosselte Wasserzufuhr zum Durchlauferhitzer 4 und die dadurch bewirkte verstärkte Dampfbildung gefördert wird. Mit zunehmendem Druck, der sich auch im elastischen Schlauch 30 auswirkt wird das obere Klemmteil 40 gegen den Druck der Vorspannfeder 34 angehoben, wodurch der Zufluß zum Wassererhitzer erleichtert und die Dampfbildung wieder etwas herabgesetzt wird- Durch die Formgebung der gewölbten Druckflächen kann der Verlauf der wirksamen Drosselöffnung in Abhängigkeit vom Druck im Drucksystem beeinflußt und an die konstruktiven Gegebenheiten des Gerätes angepaßt werden.

Bei der in Fig.3 dargestellten abgewandelten Ausführungsform, sind die mit der Kaffeemaschine gemäü Fig. 1 übereinstimmenden Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet Die auf den elastischen Schlauch 30 einwirkenden Klemmteile 36 und 40 stehen unter der Wirkung einer Zeitsteuereinrichtung 350, die ein mit einem Ende bei 352 am Kaffeemaschinengehäuse befestigtes Bimetall 354 aufweist, daß der vom Durchlauferhitzer und der Warmhalteplatte entwickelten Wärme ausgesetzt ist und an seinem freien Ende über einen Bügel 356 fest mit dem oberen Klemmteil 40 der Schlauchklemmeinrichtung 332 verbunden ist Bei noch kaltem Gerät, ist wie auch für das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 in F i g. 2 dargestellt ist, ein Mindestquerschnitt des Schlauches 30 offen und damit ein Mindestdrosselquerschnitt gegeben. Mit zunehmender Erwärmung des Durchlauferhitzers 4 bzw. der Warmhalteplatte 5 krümmt sich das freie Ende des Bimetalls 354 nach oben und öffnet langsam die Drosseisteile, bis der gesamte Schlauchquerschnitt frei ist Die Charakteristik des Bimetalls unii die Stärke seiner Beheizung muß an die jeweiligen konstruktiven Gegebenheiten angepaßt werden, um den gewünschten Verlauf des Druckanstiegs im Drucksystem zu erhalten. Die Charakteristik der Drosselstelle, d. h. ihr Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit von der Zeit kann ferner durch eine zwischen das Bimetall und die Schlauchklemmeinrichtung 332 zwischengeschaltete ausgewählte Getriebeeinrichtung beeinflußt werden. Es sei noch bemerkt, daß das Bimetall 354 eine gewisse Elastizität aufweist und daher je nach dieser Elastizität auch der Druck im Schlauch 30 eine mehr oder weniger große Rolle spielen wird.

F i g. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform mit einer sowohl durch eine Zeitsteuereinrichtung 350 mit einem Bimetall ^Ίδ4 als auch mit einer Vorspannfeder 434 auf den elastischen Schlauch einwirkenden Schlauchklemmeinrichtung 432. Das Bimetall 354 wirkt dabei mit dem befestigten Bügel 350 so auf eine Vorspannfeder 434 ein, die auf das obere Klemmteil 40 einwirkt, daß die Vorspannung zeitabhängig gesteuert wird.

In F i g. 5 ist ein von der Strömungsgeschwindigkeit in der Frischwasserleitung abhängiges, mit einem Rückschlagventil kombiniertes Drosselventil 560 dargestellt.

das bei einer Kaffeemaschine der in F i g. I dargestellten Art anstelle des mit der Schlauchklemmeinrichtung zusammenwirkenden elastischen Schlauches 30 in die Frischwasserleitung eingesetzt werden kann. Jedoch kann dieses Ventil auch in Verbindung mit den in den F i g. I bis 4 dargestellten Drosseleinrichtungen verwendet werden. Das Drosselventil 560 besitzt in seinem Ventilgehäuse 562 im Einlauf- bzw. oberen Bereich einen Rückschlag-Ventilsitz 564, der mit einer Ventilkugel 566 zusammen ein Rückschlagventil bildet. Im unteren, ablaufseitigen Bereich des Ventilgehäuses ist ein weiterer, im folgenden als Drossclventilsitz bezeichneter Ventilsitz 568 ausgebildet, in dem mehrere Kanäle 570 ausgebildet sind, die bei auf dem Ventilsitz 568 aufsitzender Ventilkugel 566 einen mindest Drosselquerschnitt freihalten. Eine schwache Vorspannfeder 572 drückt die in F i g. 5 in einer mittleren Betriebsstellung dargestellte Ventilkugel 566 vom Drosselventilsitz 568 weg in Richtung auf den Rückschlagventilsitz 564.

i^CT innCnoürCuiTiCäaCr uCS VcniiigcHdiiScS 562 IM in seinem unteren Bereich gegen den Drosselventilsitz 568 zu bei 574 leicht konisch verringert, wodurch die Charakteristik der Drosselwirkung beeinflußt wird. Das Drosselventil 560 funktioniert wie folgt. Bei der im Durchlauferhitzer auftretenden pulsierenden Förderung schwankt die Geschwindigkeit der Strömung des Frischwassers in der Frischwasserleitung beträchtlich und kommt teilweise sogar zum Stehen, wobei der als Rückschlagventil wirkende Teil des Ventils 560 eine Umkehrung der Strömungsrichtung verhindert Die Ventilkugel 566 wird je nach der Geschwindigkeit der Strömung mehr oder weniger weit nach unten in Richtung auf dem Drosselventilsitz 568 gedrückt, wobei aufgrund der Keilförmigkeit der Innerikammer bei 574 die Drosselwirkung sich schon geringfügig ändert, wenn die Ventilkugel 566 noch einen größeren Abstand von dem Drosselventilsitz 568 hat. Bei Erreichen einer gewissen Geschwindigkeit setzt sich die Ventilkugel auf den Drosselventilsitz 568. Auf diese Weise werden die Geschwindigkeitsspitzen herabgesetzt, wodurch die Strömung insgesamt vergleichmäßigt. In der Druckaufbauphase vor dem Brühbetrieb kann das Heißwasser vom Durchlauferhitzer durrh die Damnfriirlclpitnnv 7 gefördert werden und den Kondenswasserabscheider 8 füllen und dann in den Frischwasserbehälter 11 überlaufen. Da dabei der Frischwasserbehälter noch voll ist. muß dazu nur eine geringe Förderhöhe in den Rohren 7 und 8 überwunden werden, was eine schnelle Strömung im Durchlauferhitzer 4 begünstigt Das Drosselventil 560 ist so ausgelegt daß es speziell in diesem Fall verlangsamend auf die Strömung durch den Durchlauferhitze- einwirkt, wodurch mehr Dampf erzeugt werden kann und der Druck im System sich schneller aufbaut.

Wenn das Drosselventil 560 in seiner in Fig.5 dargestellten senkrechten Stellung in die Frischwasserleitung eingebaut wird kann es genügen, die als Ventilkörper dienende Ventilkugel 566 als Schwimmkörper auszubilden, wobei dann auf die Vorspannfeder 572 verzichtet werden kann. Fs ist selbstverständlich, daß der Abstand zwischen dem Rückschlagventilsitz 564 und dem Drosselventilsitz 570 zusammen mit der Größe des Ventilkörpers 566 von Einfluß auf das Verhalten des Drosselventils ist, da bei einer größeren Strecke bei Auftreten einer Geschwindigkeitsspitze mehr Zeit bis zum wirksamwerden der Drosselwirkung des Drosselventils vergeht.

Die vorstehend beschriebenen Drosseleinrichtungen

to können mit Vorteil auch bei sogenannten drucklosen Kaffeemaschinen, bei denen der Frischwasserbehälter und der Kaffeefilter an ihrer Oberseite zur Atmosphäre offen sind verwendet werden, was in der gleich/eilig eingereichten Patentanmeldung mit dem Anmelder-Aktenzeichen TZP 78/647 näher beschrieben ist. Gegenüber den vorstehend beschriebenen Druck-Kaffeemaschinen entfällt auch das Dampfabscheidersystem mit seiner Verbindung zum Frischwasserbehälter und vom Durchlauferhitzer führt eine unverzweigte Steigleitung

/0 nur zum Kaficciilici. Bei uicsci'i Ku'iceiiiäSCMiticii itiüu der Druchlauferhitzer bei vollem Frischwasserbehälter nur eine geringe Förderhöhe aufbringen, während mit absinkendem Wasserstand im Frischwasserbehälter die in der Steigleitung zu überbrückende Förderhöhe immer größer wird, wodurch die Wasserförderung sich verlangsamt und die Temperatur des dem Kaffeefilter zugeführten Brühwassers dementsprechend ansteigt. Will man nun insgesamt die Brühtemperatur anheben. so kani, man nicht die Heizleistung erhöhen, da dann

jo gegen Ende des Brühbetriebes zuviel Dampf erzeugt würde, der die Förderung behindert und darüber hinaus weitere Nachteile hat. Die vorstehend beschriebenen gesteuerten Drosseleinrichtung<;n können nun mit Vorteil dazu verwendet werden im ersten Teil der

J5 Brühzeit die Fördergeschwindigkeit durch eine stärkere Drosselwirkung herabzusetzen und damit die Brühtemperatur in diesem Bereich und damit die gesamte Durchschnittsbrühtemperatur anzuheben. Lediglich die Steuerung der Drosseleinrichtung durch den Wasserdruck kann dann nicht wie vorstehend am Beispiel der Druckmaschine beschrieben erfolgen, da dort der von der Wassersäule bewirkte Druck durch den Druck, der Hurrh den Dampf im geschlossenen System bewirkt ist überlagert wird. Bei einer drucklosen Kaffeemaschine kann eine an sich bekannte Membraneinrichtung, die einerseits mit dem Druck des Frischwassers beaufschlagt und andererseits mit dem Atmosphärendruck oder dem Druck eines eingeschlossenen Gaspolsters beaufschlagt ist ein Drosselventil steuern, wobei die

so Düsennadel so zu profilieren ist. daß mit abnehmendem Wasserdruck, d. h. abnehmender Wassersäule im Frischwasserbehälter der wirksame Drosselquerschnitt erweitert und die Drosselwirkung herabgesetzt wird.
Die Drosselung durch ein Zeitglied oder ein geschwindigkeitsgesteuertes Drosselventil können unverändert wie vorstehend an der Druckmaschine beschrieben auch bei der drucklosen Maschine eingesetzt werden, um eine Erhöhung der Brühtemperatur zu erzielen.

Hieizu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrische Kaffeemaschine mit einem Frischwasserbehälter, von dem das Wasser über eine Frischwasserleitung mit einer darin angeordneten Drosseleinrichtung zu einem Durchlauferhitzer und von diesem über eine Heißwasserleitung zu einem Kaffeefilter fließt, wobei der Frischwasserbehälter, der Kaffeefilter und die dazwischenliegenden Wasserwege Teile eines Drucksystems bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Querschnitt der Drosseleinrichtung (30, 32; 30, 432; 30, 332; 560) abhängig vom Druck im Drucksystem (Fig. 1) und/oder einem Zeitglied >5 (350) und/oder der Strömungsgeschwindigkeit (F i g. 5) steuerbar ist

2. Elektrische Kaffeemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied ein vom Durchlauferhitzer (4) oder von der Heißwasserleitung behextes Bimetall aufweist

3. Elektrische Kaffeemaschine nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung als durch eine Vorspannfeder (34; 434) belastetes Schlauchquetschventil (30, 32; 30,332) ausgeführt ist.

4. Elektrische Kaffeemaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Vorspannfeder (434) vom Zeitglied (350) gesteuert wird.

5. Elektrische Kaffeemaschine nach einem oder mehreren ^er Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Drosseleinrichtung in Abhängigkeit von dpr Strömungsgeschwindigkeit des Wassers ein Drossetventi¹ {560) mit einem, von der Kraft der Strömung gegen die Wirkung einer Vorspannkraft, z. B. einer Vorspannfeder (572) in Richtung auf einen Ventilsitz (568) bewegten Ventilkörper (566) dient.

6. Elektrische Kaffeemaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umgehungskanal (570) im Drosselventil (560) einen Mindest-Drosselquerschnitt bildet.

7. Elektrische Kaffeemaschine nach Anspruch 5, und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (560) mit einem Rückschlagventil (564, 566) kombiniert ist und vorzugsweise mit diesem einen gemeinsamen Ventilkörper (566) aufweist.