DE3719962C1 - Electric coffee machine having a centrifugal filter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kaffeemaschine mit einem Zentrifugalfilter gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Kaffeemaschine ist z. B. aus der DE-OS 35 29 053 bekannt. Der Zentrifugalfilter weist dabei ein Deckelteil, ein Bodenteil und einen daran axial verschiebbar geführten Ringschieber auf, die zusammen eine Brühkammer begrenzen, in die Kaffeepulver und Brühwasser eingefüllt wird. Durch Rotation dieses Zentrifugalfilters wird das Brühwasser durch den sich entlang der Peripherie der Brühkammer ansammelnden Kaffeepul­ ver-Kuchen gedrückt und verläßt diese durch einen peripheren Ringspalt, der genügend schmal bemessen ist, daß kein Kaffee­ pulver hindurchtreten kann. Nach Beendigung des Brühvorganges wird durch manuelle Betätigung über einen Hebel mit Nocken und ein Gestänge der Ringschieber axial verschoben, um den Ring­ spalt zu vergrößern, damit das ausgelaugte Kaffeepulver ausge­ schleudert werden kann.

Der Nachteil einer solchen Maschine besteht darin, daß das Vergrößern des Ringspaltes zwecks Auswurfs des ausgelaugten Kaffeepulvers durch Umlegen des Hebels manuell geschehen muß, wobei es leicht geschehen kann, daß vergessen wird, den Hebel wieder in seine Betriebslage zurückzustellen, mit der Konse­ quenz, daß der nächste Brühvorgang nicht stattfinden kann, weil das frisch eingefüllte Kaffeepulver und das Brühwasser sofort ausgeschleudert würden. Zudem ist die Hebel-Nocken-Ge­ stänge-Anordnung unnötig kompliziert und störanfällig und es wird ein Lager, z. B. ein Axialkugellager, benötigt, als Kraft­ übertragungselement zwischen stillstehendem Mitnehmer des Ge­ stänges und rotierendem Zentrifugalfilter-Gehäuseteil, der axial verschoben werden soll.

Im wesentlichen die gleichen Probleme stellen sich bei einer Zentrifugalmaschine nach der Lehre der DE-AS 17 79 799; auch hier muß der untere Teil der die Brühkammer bildenden Gehäuseteile manuell, mittels eines Hebels und unter Zwischenschaltung eines Kugellagers, abgesenkt werden, um den ausgelaugten Kaffeesatz ausschleudern zu können.

Eine ähnliche Kaffeemaschine ist aus der DE-AS 24 58 518 bekanntgeworden. Dabei werden die beiden Halbschalen, die zusammen das Zentrifugalfilter bilden und entlang deren Peri­ pherie wiederum Austrittsöffnungen für den fertigen Kaffee vor­ gesehen sind, mittels eines Elektromotors mit Reduktionsgetrie­ be über eine Gestängeanordnung relativ zueinander bewegt, um eine den Auswurf des ausgelaugten Kaffeepulvers ermöglichende periphere Öffnung zu schaffen. Hier ist es zwar kaum möglich, daß das neuerliche Schließen des Zentrifugalfilters vergessen werden kann, doch ist der konstruktive Aufwand noch wesentlich größer, was eine solche Maschine unverhältnismäßig verteuert. Ein Nachteil ist auch, daß der gesamte Zentrifugalfilter in axialer Richtung verschoben werden muß, um eine Ausschleu­ derung des ausgelaugten Kaffeepulvers zu ermöglichen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nach­ teile zu vermeiden und eine elektrische Kaffeemaschine der gat­ tungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß die Relativbewegung der Gehäuseteile des Zentrifugalfilters und somit der Auswurf des ausgelaugten Kaffeepulvers am Ende des Brühzyklus völlig selbsttätig erfolgt, ohne daß ein ins Gewicht fallender kon­ struktiver Aufwand erforderlich wäre.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruches 1 gelöst.

Wird das Betätigungselement aus einer sogenannten Formge­ dächtnis- oder Memory-Legierung bei verhältnismäßig tiefer Temperatur bleibend verformt, so "erinnert" es sich bei Erwär­ mung über eine kritische Temperatur an seine ursprüngliche Form und nimmt diese wieder an. Durch bestimmte Werkstoffbehandlun­ gen kann erreicht werden, daß sich das Betätigungselement so­ wohl an eine Hochtemperaturform als auch an eine Niedertempera­ turform erinnert. Die Formänderung bei Erwärmung beginnt erst bei einer kritischen Temperatur, deren Wert durch die Legie­ rungszusammensetzung festgelegt werden kann. Bei weiterer Er­ wärmung erfolgt dann die gesamte Formänderung in einem kleinen Temperaturintervall, z. B. 10-20°K. Die diesbezüglichen, grundlegenden Zusammenhänge und die Eigenschaften solcher Legierungen sind in der Veröffentlichung "TwF 78 (1983), 10, Seiten 486-488" beschrieben.

Die Erfindung nutzt diese Erkenntnisse und Eigenschaften da­ zu aus, bei Erreichen einer bestimmten Temperatur die Formände­ rung des Betätigungselementes zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen den beiden Gehäuseteilen des Zentrifugalfilters heran­ zuziehen. Am Ende des Brühvorganges gelangt nämlich kein er­ hitztes Wasser mehr in den Zentrifugalfilter, sondern es er­ folgt ein Dampfstoß; die Temperatur des Dampfes ist dabei deutlich höher als die Brühwassertemperatur. Da in diesem Mo­ ment ohnehin kein weiterer Kaffee mehr erzeugt wird, kann der Zentrifugalfilter geöffnet und das ausgelaugte Kaffeepulver ausgeschleudert werden.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Kaffeemaschine ist also vor allem darin zu sehen, daß keinerlei von Hand oder elektro­ motorisch zu betätigende Vorrichtungen zur Erzeugung der Rela­ tivbewegung zwischen den beiden Gehäuseteilen des Zentrifugal­ filters erforderlich sind, die die Kaffeemaschine komplizieren und verteuern. Das Ausschleudern des augelaugten Kaffeepulvers am Ende des Brühvorganges erfolgt völlig automatisch, so daß auch eine Fehlbedienung ausgeschlossen ist.

Zweckmäßigerweise kann das Betätigungselement als Schrauben­ feder ausgebildet sein, die in kaltem Zustand zusammengezogen und in warmem Zustand expandiert ist. Dies erlaubt eine ein­ fache und kompakte Bauweise der Kaffeemaschine, da die Feder leicht zwischen die beiden Gehäuseteile des Zentrifugalfilters eingebaut werden kann.

Eine vereinfachte bauliche Ausgestaltung der Kaffeemaschine ergibt sich auch dadurch, daß der obere Gehäuseteil des Zen­ trifugalfilters in Axialrichtung unverschieblich und der untere Gehäuseteil in Axialrichtung gegen unten verschiebbar ist. Da die Brühwasserzufuhr von oben her erfolgt, erreicht man dadurch eine konstruktiv einfachere Ankoppelung der Brühwasserleitung an den Zentrifugalfilter. Vorzugsweise ist dabei eine Rück­ stellfeder vorgesehen, die den unteren Gehäuseteil gegen den oberen Gehäuseteil zu verschieben bestrebt ist, um bei zusam­ mengezogener Betätigungselement-Feder den Ringspalt zwischen den beiden Gehäusehälften aufrechtzuerhalten.

Um die erfindungsgemäß geforderte Umspülung des Betäti­ gungselementes, d. h. der Schraubenfeder aus der Memory-Legierung, zu gewährleisten, kann nach einem weiteren Merkmal des Erfin­ dungsgegenstandes der obere Gehäuseteil eine zentrale, koaxiale Hohlnabe aufweisen, in welcher das Betätigungselement aufgenom­ men ist und in welche der Brühwasser-Einlaß mündet.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, ins­ besondere um zu vermeiden, daß der gesamte Zentrifugalfilter axial von einer Brühposition in eine Ausschleuderposition be­ wegt werden muß, daß der untere Gehäuseteil im wesentlichen die Gestalt einer ebenen Scheibe mit einer randseitigen, umlau­ fenden Ringnut aufweist, in welche der Rand des oberen Gehäuse­ teils eintaucht und in deren Bereich der Ringspalt für den Aus­ tritt des Kaffeegetränks liegt. Dadurch wird erreicht, daß das durch den Ringspalt austretende Getränk etwas gegen oben abge­ lenkt wird und in einen in diesem Bereich liegenden, umlaufen­ den Sammelringkanal gelangt, während bei abgesenktem, unteren Gehäuseteil des Zentrifugalfilters das ausgelaugte Kaffeepulver in einen darunter gelegenen, weiteren Sammelraum geschleudert wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsge­ mäßen Kaffeemaschine, anhand der Zeichnungen, nä­ her erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1a einen schematischen Längsschnitt durch den Zen­ trifugierteil der Kaffeemaschine, mit dem Zen­ trifugalfilter in der Brühposition,

Fig. 1b einen schematischen Längsschnitt durch den Zen­ trifugierteil der Kaffeemaschine, mit dem Zen­ trifugalfilter in der Ausschleuderposition, und

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Tempera­ turverlaufs.

Der Zentrifugierteil der Kaffeemaschine besitzt gemäß Fig. 1 einen Gehäuseunterteil 1, an welchem eine Motorträgerplatte 2 für einen Elektromotor 3 befestigt ist. Vorzugsweise erfolgt die Befestigung mittels eines zähelastischen Ringes 4, damit durch den Zentrifugalfilter 9 hervorgerufene Vibrationen ge­ dämpft werden. Die Motorträgerplatte 2 besitzt einen zentralen Hals 5, der zur Aufnahme einer rotierbaren Antriebswelle 6 dient. Die Antriebswelle 6 ist mit der Antriebswelle des Elek­ tromotors 3 mittels einer elastischen Muffe 7 gekoppelt, um Unaxialitäten auszugleichen. Das obere Ende der Antriebswelle 6 trägt eine Hülse 8, welche den gesamthaft mit 9 bezeichneten Zentrifugalfilter aufnimmt. Dieser ist somit durch den Elektro­ motor 3 zu einer Rotationsbewegung antreibbar.

Der Zentrifugalfilter 9 besteht aus einem unteren Gehäuse­ teil 10 und einem oberen Gehäuseteil 11, die zusammen einen Brühraum 12 begrenzen. Der obere Gehäuseteil 11 ist tassenför­ mig ausgebildet und weist eine zentrale, in Axialrichtung zwei­ geteilte Hohlnabe 14 a, 14 b auf. Der untere Teil 14 b der Hohl­ nabe sitzt auf der Hülse 8 und ist mit dieser drehfest und in Axialrichtung unverschiebbar verbunden. Am unteren Ende des un­ teren Teils 14 b der Hohlnabe ist ein gegen außen vorstehender Ringwulst 15 vorgesehen. Der obere Teil 14 a der Hohlnabe ist mit seitlichen Öffungen 16 versehen, die in den Brühraum 12 münden. Ferner besitzt der obere Teil 14 a an seinem oberen, ge­ schlossenen Ende einen Brühwasserzulauf 17, der mit einer Brüh­ wasserleitung 18 in Verbindung steht.

Der untere Gehäuseteil 10 des Zentrifugalfilters 9 ist im wesentlichen als ebene Scheibe ausgebildet, die eine zentrale Hülse 19 besitzt, welche in axialer Richtung verschiebbar auf der Hohlnabe 14 a, 14 b aufgenommen ist. Zur Abdichtung dient ein O-Ring 20. Eine Druckfeder 21, die auf die Hülse 19 aufgescho­ ben ist, stützt sich oben gegen eine Schulter 22 der Hülse 19 und unten gegen den Ringwulst 15 des unteren Teils 14 b der Hohlnabe ab und hat somit das Bestreben, den unteren Gehäuse­ teil 10 des Zentrifugalfilters 9 gegen oben, d. h. gegen den axial unverschiebbaren, oberen Gehäuseteil 11 des Zentrifugal­ filters 9 zu verschieben, wie es in Fig. 1a dargestellt ist. Dabei ist der Brühraum 12 im wesentlichen verschlossen und der Zentrifugalfilter 9 befindet sich in der Brühposition.

Der obere Teil 14 a der Hohlnabe nimmt eine Feder 23 aus Formgedächtnis-Legierung auf, die auch Memory-Legierung genannt wird. Die Eigenschaften dieser Legierung wurden bereits ein­ gangs erläutert. Im kalten Zustand, d. h. wenn die Temperatur der Feder 23 unterhalb der kritischen Temperatur liegt, ist die Feder 23 zusammengezogen, wie es in Fig. 1a dargestellt ist. Wenn die Temperatur der Feder 23 den kritischen Wert über­ schritten hat, dehnt sie sich aus und gelangt in den Zustand gemäß Fig. 1b. Sie stützt sich dabei einerseits gegen das obere geschlossene Ende des oberen Teils 14 a der Hohlnabe und andererseits gegen Fortsätze 24 ab, die am oberen Ende der Hülse 19 angebracht sind und die durch die Öffnungen 16 in das Innere des oberen Teils 14 a der Hohlnabe hineinragen. Damit wird der untere Teil 10 des Zentrifugalfilters 9 entgegen der Wirkung der Rückstellfeder 21 in axialer Richtung vom oberen Teil 11 wegverschoben, so daß der Zentrifugalfilter in seine Ausschleuder-Position gelangt, wie es in Fig. 1b dargestellt ist.

Der plattenartige, untere Gehäuseteil 10 des Zentrifugal­ filters 9 besitzt im Bereich seines Randes 25 eine umlaufende Ringnut 26, wobei der Rand 25 schräg gegen außen geneigt an­ steigend verläuft. In diese Ringnut taucht der Rand 27 des obe­ ren Gehäuseteils 11 des Zentrifugalfilters 9 ein, wenn dieser in der Brühposition gemäß Fig. 1a ist. Zwischen den Wänden der Ringnut 26 und dem Rand 27 des oberen Gehäuseteils 11 ist ein schmaler Ringspalt ausgebildet, der wohl den Durchtritt des Kaffeegetränkes, nicht aber den Durchtritt des Kaffeepulvers erlaubt.

Auf den Gehäuseunterteil 1 ist ein Gehäusemittelteil 28 auf­ gesetzt, dessen oberer Rand als ringförmiger Auffangkanal 29 für ausgeschleudertes Kaffeepulver ausgebildet ist. An den Auf­ fangkanal 29 ist ein Auslaßstutzen 30 für ausgelaugtes Kaffee­ pulver angeschlossen. Auf dem Gehäusemittelteil 28 ist ein Ge­ häuseoberteil 31 aufgesetzt, der den Zentrifugalfilter 9 um­ schließt und der in seinem unteren Bereich mit einem Auffang­ kanal 32 für Kaffeegetränk versehen ist. Dieser Auffangkanal 32, an den ein Auslaßstutzen 33 für das fertige Kaffeegetränk angeschlossen ist, liegt etwas höher als der Auffangkanal 29 für ausgeschleudertes Kaffeepulver. An der unteren Seite des Unterteils 10 des Zentrifugalfilters 9, im Bereich der Ringnut 26, sind Wischorgane 34 angeordnet, die gegen unten vorstehen und in den Auffangkanal 29 für ausgeschleudertes Kaffeepulver ragen. Diese dienen dazu, bei Rotation des Zentrifugalfilters 9 das ausgeschleuderte Kaffeepulver, das sich im Auffangkanal 29 angesammelt hat, zum Auslaßstutzen 30 hin zu fördern.

Aus den Zeichnungen ist deutlich zu entnehmen, daß sich der Rand 25 des unteren Gehäuseteils 10 des Zentrifugalfilters 9 oberhalb der inneren Randkante 35 des Auffangkanals 32 für Kaffeegetränk befindet, sofern der Zentrifugalfilter in der in Fig. 1a gezeigten Brühposition ist. Damit ist sichergestellt, daß sich das Kaffeegetränk, das unter Wirkung der Fliehkraft durch den Ringspalt am Rand des Zentrifugalfilters 9 austritt, in den Auffangkanal 32 hinein ergießt, wobei der schräg ver­ laufende Rand 25 dazu beiträgt, das Kaffeegetränk sicher in den Kanal 32 hineinzuleiten. Wenn sich der untere Gehäuseteil 10 des Zentrifugalfilters 9 aber unter Wirkung der Feder 23 abge­ senkt hat, wie es in Fig. 1b zu sehen ist, liegt die Öffnung des nun vergrößerten Ringspaltes unterhalb der inneren Rand­ kante 35, so daß das ausgelaugte Kaffeepulver in den Auffang­ kanal 29 gelangt. Durch diese Konstruktion ist es nicht erfor­ derlich, den gesamten Zentrifugalfilter 9 in axialer Richtung zwischen einer Brühposition und einer Ausschleuderposition hin und her zu bewegen.

Die Brühwasserleitung 18 wird aus einem (nicht dargestell­ ten) Frischwassertank über einen (ebenfalls nicht dargestell­ ten), an sich bekannten Durchlauferhitzer mit Warmwasser ver­ sorgt. Das Brühwasser gelangt dabei über den Zulauf 17 in den oberen Teil 14 a der Hohlnabe und umspült dort die Feder 23, die sich darin befindet, um dann durch die Öffnungen 16 in den Brühraum 12 zu gelangen. Das Arbeitsprinzip einer solchen Zen­ trifugalmaschine darf als bekannt vorausgesetzt werden und braucht an dieser Stelle nicht näher erläutert zu werden. Wesentlich im erfindungsgemäßen Zusammenhang ist aber, daß sich die Feder 23 in der Brühphase, d. h. wenn das zulaufende Brühwasser das an der Peripherie angesammelte Kaffeepulver durchdringt, nicht in ihre expandierte Stellung bewegt. Wie schon eingangs erwähnt, kann dies durch geeignete Legierungs­ zusammensetzung der Feder 23 erreicht werden. Mit anderen Wor­ ten, die kritische Temperatur, bei der die Feder 23 vom zusam­ mengezogenen Zustand in den expandierten Zustand übergeht, muß über der Temperatur des Brühwassers liegen.

In der Fig. 2 ist der Temperaturverlauf schematisch und ver­ einfacht dargestellt. Im Zeitpunkt t ₀ wird die Maschine in Betrieb genommen und die Temperatur des im Durchlauferhitzer befindlichen Wassers steigt kontinuierlich an. Im Zeitpunkt t ₁ beginnt der Brühvorgang, indem ein Absperrventil geöffnet wird, so daß Brühwasser durch den Durchlauferhitzer läuft und mit im wesentlichen konstanter Temperatur in den Brühraum 12 gelangt. Die Maschine befindet sich dabei in der in Fig. 1a gezeigten Position, wobei der Zentrifugalfilter rotiert und der Brühvorgang in bekannter Weise stattfindet. Nach vollendetem Brühvorgang, zum Zeitpunkt t ₂, wird das vorerwähnte Absperr­ ventil geschlossen, mit der Folge, daß das im Durchlaufer­ hitzer verbliebene Brühwasser-Restvolumen stark aufgeheizt wird und in Form eines Dampfstoßes mit hoher Temperatur in die Hohlnabe 14 a gelangt. Im Zeitpunkt t ₃ ist die kritische Tem­ peratur T _s erreicht, d. h. die Temperatur, bei der die Feder 23 expandiert. Dadurch bewegt sich der untere Gehäuseteil 10 des Zentrifugalfilters 9 entgegen der Wirkung der Feder 21 nach unten, so daß der periphere Ringspalt des Zentrifugalfilters 9 vergrößert und das ausgelaugte Kaffeepulver in den Auffang­ kanal 32 geschleudert wird. Diese Situation ist in Fig. 1b dar­ gestellt.

Da der Dampfstoß nur relativ kurze Zeit dauert, - die aber genügt, um das Kaffeepulver auszuschleudern -, kühlt sich die Feder 23 bald wieder ab und erreicht im Zeitpunkt t ₄ die Tem­ peratur T _f , bei der sie sich wieder zusammenzieht. Unter Wir­ kung der Rückstellfeder 21 wird dabei der nunmehr vom ausge­ laugten Kaffeepulver entleerte Brühraum 12 wieder verschlossen.

In der Zeit zwischen t ₄ und t ₅ findet kein Brühvorgang statt, sondern der Durchlauferhitzer wird mittels einer bekann­ ten, thermostatischen Regelung auf einer mittleren Temperatur gehalten, derart, daß der nächste Brühvorgang, z. B. ab Zeit­ punkt t ₅, sofort eingeleitet werden kann. Danach wiederholt sich der gesamte Zyklus, mit Brühende im Zeitpunkt t ₆, Expan­ dieren der Feder 23 und damit Entleeren des Brühraumes 12 im Zeitpunkt t ₇, Schließen des Brühraumes 12 im Zeitpunkt t ₈ usw.

Claims (7)

1. Elektrische Kaffeemaschine mit einem Zentrifugalfilter (9), der zwei Gehäuseteile (10, 11) aufweist, die zwischen sich ei­ nen Ringspalt zum Austritt des zubereiteten Kaffeegetränkes be­ grenzen und die axial relativ zueinander bewegbar sind, um den Ringspalt zwecks Auswurfs des ausgelaugten Kaffeepulvers zu vergrößern, und mit einer Steuereinrichtung für die axiale Relativbewegung der beiden Gehäuseteile (10, 11), dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein vom Brühwasser um­ spültes Betätigungselement (23) aus einer Formgedächtnis-Legie­ rung aufweist.

2. Elektrische Kaffeemaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement eine Schraubenfeder (23) ist.

3. Elektrische Kaffeemaschine nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Betätigungselement dienende Schrauben­ feder (23) in kaltem Zustand zusammengezogen und in warmem Zustand expandiert ist.

4. Elektrische Kaffeemaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Gehäuseteil (11) des Zentrifu­ galfilters (9) in Axialrichtung unverschieblich und der untere Gehäuseteil (11) in Axialrichtung gegen unten verschiebbar ist.

5. Elektrische Kaffeemaschine nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstellfeder (21) vorgesehen ist, die den unteren Gehäuseteil (10) gegen den oberen Gehäuseteil (11) zu verschieben bestrebt ist.

6. Elektrische Kaffeemaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Gehäuseteil (11) eine zentrale, koaxiale Hohlnabe (14 a, 14 b) aufweist, in wel­ cher das Betätigungselement (23) aufgenommen ist und in welche der Brühwasser-Einlaß (17) mündet.

7. Elektrische Kaffeemaschine nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Gehäuseteil (10) im wesentlichen die Gestalt einer ebenen Scheibe mit einer randseitigen, umlaufenden Ringnut (26) aufweist, in welche der Rand (27) des oberen Gehäuseteils (11) eintaucht und in deren Bereich der Ringspalt für den Austritt des Kaffeegetränkes liegt.