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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Kaffeemaschinen mit Druck vom
Typ Espresso.
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Diese
Art Kaffeemaschine besitzt sehr häufig eine Funktion zur Erzeugung
von Dampf, der zum Erhitzen eines Getränks verwendet wird. Dazu kann
der Heißwassergenerator
auf eine Temperatur geregelt werden, die höher ist als die Siedetemperatur
des Wassers.
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Man
kennt folglich beispielsweise aus dem Patent
FR 2465451 die Kaffeemaschinen, die
mit zwei Thermostaten ausgestattet sind, die dem Dampfkessel der
Kaffeemaschine ermöglichen,
das Wasser gemäß der gewünschten
Verwendung, das heißt
als Aufgußflüssigkeit
oder als überhitzter Dampf,
auf zwei verschiedene Temperaturen zu erhitzen.
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Das
Wasser kommt im Heizkörper
der Kaffeemaschine an und erhitzt sich dort beim Durchgang. Die
Temperatur des Heizkörpers
wird geregelt, um einen Kaffee mit guter Temperatur in der Aufnahmetasse
zu erhalten. Dennoch läßt die erste
Einleitung von Wasser in den Heizkörper dessen Temperatur wesentlich
absinken, bevor der Thermostat reagieren konnte, so daß die Kaffees
von nachfolgenden Tassen unzureichende oder unregelmäßige Temperaturen
aufweisen.
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Wenn
das Wasser ungenügend
heiß wird, könnte man
die Pumpe anhalten, wie im Patent
US 4109565 vorgeschlagen,
aber dieses Verfahren wird vom Benutzer, der ungeduldig ist oder
der an eine Störung
denken kann, offensichtlich als schlecht empfunden.
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Man
kennt die Kaffeemaschinen beispielsweise durch das Patent
FR 2774882 , bei dem dieses Problem
durch eine elektronische Steuerschaltung gelöst wird, die viel reaktionsfähiger ist
als ein einfacher Thermostat im allgemeinen mit Bimetall. Dennoch
verteuert eine derartige spezifische elektronische Steuerung für die Kaffeemaschine
deren Herstellungskosten.
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Das
Ziel der nachstehenden Erfindung ist eine wirtschaftliche Kaffeemaschine,
die nicht die vorher angeführten
Nachteile aufweist.
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Das
Ziel der Erfindung wird durch eine Kaffeemaschine mit einem Behälter für kaltes
Wasser, einer Pumpe, einem Heizblock, der mit einem ersten und einem
zweiten Thermostaten ausgestattet ist, und einem Filter erreicht,
wobei sie insofern bemerkenswert ist, als der zweite Thermostat,
dessen Sollwert höher
ist, zur gleichen Zeit in Betrieb gesetzt wird wie die Pumpe, um
das für
den Kaffee erforderliche heiße
Wasser zu erzeugen.
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Die
Erfindung begnügt
sich vollständig
mit wenig kostspieligen elektromechanischen Thermostaten mit festem
Sollwert. Man kann jedoch einen Vorteil bei der Verwendung von zwei
einfachen elektronischen Thermostaten aus speziellen Gründen des
Platzbedarfs oder der Anbringung beispielsweise finden, ohne vom
Rahmen der Erfindung abzuweichen. Man kann auch einen einzigen Sensor
eines einfachen elektronischen Thermostaten verwenden, dessen Signal
mit einem unter zwei festen Sollwerten verglichen wird, wobei einer
der Solltemperatur des ersten Thermostaten und der andere jener
des zweiten Thermostaten entspricht, ohne vom Rahmen der Erfindung
abzuweichen. Im folgenden schlägt
man wegen der Deutlichkeit vor, daß die Kaffeemaschine mit zwei
Thermostaten ausgestattet ist.
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In
dieser Weise wird der Heizblock durch einen ersten Thermostaten
auf eine erste Temperatur von beispielsweise 95°C geregelt, die ausreicht, um das
Wasser auf die zur Extraktion des Kaffees erforderliche Temperatur
zu bringen. Beim Ingangsetzen der Pumpe wird ein zweiter Thermostat,
dessen Solltemperatur höher
ist, beispielsweise 115°C,
in Betrieb gesetzt. Die Abweichung zwischen dieser Solltemperatur
und der Temperatur des Blocks beim Ingangsetzen kommt zum Temperaturabfall
des Heizblocks aufgrund des Durchgangs des Wassers hinzu. Dies gibt
dem Thermostaten ein hohes Signal, das schnell die Versorgung mit
elektrischer Heizleistung gewährleistet.
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Vorzugsweise
wird die installierte Leistung der Kaffeemaschine angepaßt, um die
nominale Menge des Wassers, das für den Kaffee vorgesehen ist,
auf die Extraktionstemperatur zu erhitzen.
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Man
weiß,
daß ungefähr 335 Joules
erforderlich sind, um einen Kubikzentimeter Wasser von der Zapf-
oder Lagertemperatur im Behälter
(ungefähr 15°C) auf die
Temperatur zur Extraktion des Kaffees (ungefähr 95°C) zu erhitzen.
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Aber
in allen Fällen
trägt die
thermische Trägheit
des Heizblocks zum Ebnen der Abweichungen der Temperatur des Wassers
bei, die aufgrund eines Anpassungsunterschieds zwischen der Heizleistung
und der Wassermenge auftreten könnten. Wenn
die installierte Leistung korrekt eingestellt ist, kann man es sogar
in Erwägung
ziehen, die Masse des Heizblocks zu verringern, wobei die thermische Trägheit folglich
nicht mehr wesentlich ist. Das Wasser befindet sich folglich während der
gesamten Dauer der Filterung auf einer guten Temperatur.
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Wenn
der Benutzer die Pumpe anhält, übernimmt
der erste Thermostat die Regelung der Temperatur des Heizblocks,
so daß,
wenn die Wasserfördermenge
anhält,
keine Überhitzung
entsteht und die Kaffeemaschine sofort für eine neue Filterung zur Verfügung steht.
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Vorzugsweise
weist die Kaffeemaschine eine Funktion zum Erzeugen von Dampf auf,
während
der, wenn sie verwendet wird, der zweite Thermostat die Temperatur
des Heizblocks regelt.
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Derselbe
zweite Thermostat wird verwendet, um den Heizblock während der
Filterung zu regeln und um Dampf zu erhalten. Während der Filterung sind die
Heizleistung und die Wärmeaustauschbedingungen
gegenüber
der Wassermenge unzureichend, damit die Temperatur des Wassers sich
auf die Solltemperatur erhöht,
wohingegen während
der Erzeugung von Dampf die Wasserfördermenge der Pumpe verringert
wird, so daß der
Heizblock auf einer ausreichenden Temperatur bleibt, um eine gute
Verdampfung zu erhalten.
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Diese
Verringerung der Wassermenge kann klassisch durch die Drosselung
der Dampfausgangsöffnung
oder durch Drosselung des Wasserkreislaufs oder durch Verringern
der Fördermenge
der Pumpe durch elektrische Mittel oder durch jegliche andere Kombination
von bekannten Mitteln erhalten werden.
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Die
Verringerung der Wassermenge ist eine einfache und zufriedenstellende
Lösung,
aber jegliche Lösung,
die es ermöglicht,
ein ausreichendes Verhältnis
zwischen der elektrischen Leistung und der für die Verdampfung der Wassermenge
erforderlichen Leistung zu erhalten, ermöglicht das Anwenden der Erfindung.
Man kann folglich die während
der Verdampfung gelieferte Leistung beispielsweise durch Speisen
eines zweiten Heizelements des Heizkörpers, während die Wassermenge weniger
verringert wird, um eine größere Dampfmenge
zu erhalten, steigern.
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Die
Erfindung wird angesichts des nachstehenden Beispiels und der beigefügten Zeichnungen besser
verstanden.
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1 ist eine Profilansicht
einer erfindungsgemäßen Kaffeemaschine
im teilweisen Schnitt des Gehäuses,
des Behälters
und des Heizkörpers.
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2 ist eine Seitenansicht
des Steuerknopfs.
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3 ist ein elektrischer Prinzipschaltplan der
Erfindung.
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4 ist ein Diagramm der Temperatur
des Heizblocks in Abhängigkeit
von der Zeit vor und während
der Extraktion eines Kaffees.
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5 ist ein Diagramm der Temperatur
des Heizblocks in Abhängigkeit
von der Zeit vor und während
der Erzeugung von Dampf.
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In
einer bevorzugten Ausführung
umfaßt
die Kaffeemaschine einen Wasserkreislauf der von stromaufwärts nach
stromabwärts
aus einem Wasserbehälter 1,
einer elektromagnetischen Pumpe 2, einem Heizkörper 3,
einem Verteiler 4, einem Träger 5 und einem Filterträger 6,
der das Kaffeemahlgut enthält,
besteht. Der Kaffee wird in einem Behälter 7 aufgenommen,
der eine Tasse sein kann. Die Kaffeemaschine weist außerdem eine
Dampfleitung 9 auf, die durch den Verteiler 4 versorgt
wird und in einer Düse 10 mit
einer kalibrierten Einspritzdüse
endet, wobei diese Unterbaugruppe für den Benutzer zugänglich ist.
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Der
Benutzer verfügt über eine
Steuerung 11, die gleichzeitig auf den Verteiler 4 und
auf einen elektrischen Schalter 12 wirkt.
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Der
Heizblock 3 ist ein Block aus Aluminium mit Kanälen 31,
in denen sich das von der Pumpe 2 stammende Wasser erwärmt und
eventuell in Dampf übergeht.
Das elektrische Heizelement 32 liefert die für diesen
Block erforderliche Energie, welcher mit einem ersten elektromechanischen
Thermostaten 33, der auf nahe 105°C (t1° in den 4 und 5)
geregelt wird, und mit einem zweiten elektromechanischen Thermostaten 34,
der auf ungefähr
125°C (t2° in den 4 und 5) geregelt wird, ausgestattet ist.
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Der
Verteiler 4 kann die hydraulische Verbindung zwischen dem
Heizblock 3 und dem Filter 6 herstellen, um Kaffee
zu machen, oder zwischen dem Heizblock 3 und dem Dampfausgang 9–10 herstellen,
wenn man ein Getränk
erhitzen will. Dieser Verteiler wird vom Benutzer zur gleichen Zeit
wie der Schalter 12 durch den Steuerknopf 11 gesteuert,
der fünf
Stellungen einnehmen kann, die in den 3–5 mit P0 bis P4 und durch
in 2 sichtbare Piktogramme
unter dem Steuerknopf 11 gekennzeichnet sind. Der Steuerknopf 11 nimmt
gleichzeitig Gleitkontakte 41 und 42 des Schalters 12 mit,
so daß in 3 die Kontakte 41, 42 sich
auf eine der Stellungen P0 bis P4 ausrichten, deren Achsenstriche
in gemischtem Strich den Piktogrammen von 2 entsprechen.
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Die
Stellung 0 des Steuerknopfs und P0 des Schalters ist die
Stoppstellung der Kaffeemaschine. Der elektrische Strom des Netzes
kommt durch die mit L1 und L2 bezeichneten Drähte an, aber kein Element wird
gespeist.
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Wenn
der Benutzer Kaffee zubereiten will, wirkt er zu einer Zeit t1 auf
den Steuerknopf ein, um die Kaffeemaschine in der Stellung P1 des
Schalters zum Erhitzen zu bringen. In diesem Moment kann der elektrische
Strom von L1 zum Heizelement 32 fließen, während
er durch den ersten Thermostaten 33 geregelt wird, der
auf die zum Erhalten eines Kaffees erforderliche Temperatur geregelt
wird.
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Nützlicherweise
leuchtet ein Heizanzeiger 35 parallel mit dem Heizelement 32 auf,
solange die Solltemperatur nicht erreicht ist, und erlischt dann, wenn
sich der erste Thermostat 33 öffnet.
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Da
die Kaffeemaschine folglich bereit ist, steuert der Benutzer zu
einer Zeit t2 die Extraktion des Kaffees, indem er den Schalter
in die Stellung P2 bringt. Der Verteiler 4 verbindet folglich
den Heizblock 3 mit dem Filterträger 6. Der elektrische
Strom fließt
von L1 zur Pumpe 2 und über
den Thermostaten 34 zum Heizelement 32 und zu
seinem Heizanzeiger 35. Wenn die Temperatur des Heizblocks 3 geringer
ist als die Solltemperatur t2° des
Thermostaten 34, wird das Heizen in Gang gebracht. Die
Leistung des Heizelements 32 wird im wesentlichen durch Konstruktion
auf die durch das Erhitzen des Wassers verbrauchte Leistung eingestellt.
Das zirkulierende Wasser, das sich im Heizblock 3 erhitzt,
hält seine Temperatur
im wesentlichen konstant, wie man in der durchgezogenen Linie im
Diagramm der 4 sieht. Die
Abweichungen der absorbierten Leistung aufgrund der Schwankungen
der Wassermenge beispielsweise in bezug auf verschiedene Setzungen des
Mahlguts sind angesichts der gesamten verbrauchten Leistung gering
und werden durch die thermische Trägheit des Heizblocks absorbiert.
Dies gilt um so mehr als die Zeit für die Extraktion eines Kaffees
nie sehr lang ist und als selbst große Abweichungen nicht die Zeit
haben, zum Ausdruck zu kommen. Durch diese Mittel erhält man eine
gute Extraktionstemperatur und man bringt sofort die für den Kaffee
erforderliche Energie während
der gesamten Extraktion, ohne eine Überhitzung hervorzurufen.
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Ohne
Verwendung eines zweiten Thermostaten mit einer höheren Solltemperatur
t2° hätte der erste
Thermostat 33 nicht die Zeit gehabt, um gleich zu reagieren,
und die Temperatur des Heizblocks hätte einen Abfall erkennen lassen,
wie man in 4 gestrichelt
dargestellt sehen kann. Ein großer
Teil des Kaffees wäre
folglich bei einer zu niedrigen Temperatur extrahiert worden und
hätte einen
zu kalten unangenehmen Kaffee ergeben.
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Wenn
der Kaffee fertig ist, kann der Benutzer die Kaffeemaschine in die
Wartestellung P1 zur Extraktion eines neuen Kaffees zurückbringen.
Die Pumpe stoppt und die Kaffeemaschine wird erneut durch den Thermostaten 33 auf
die Temperatur zur Extraktion des Kaffees geregelt. Es kann folglich
keine Überhitzung
entstehen und die Kaffeemaschine ist für eine neue Extraktion bereit.
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Der
Benutzer kann auch entscheiden, ein heißes Getränk zuzubereiten. Er positioniert
zu einer Zeit t10 den Knopf 11 so, daß sich der Schalter 12 in der
Stellung P3 befindet. Das Heizelement 32 wird mit elektrischer
Energie über
den Thermostaten 34 gespeist und der Heizblock 3 heizt
sich auf eine Temperatur zur Verdampfung des Wassers auf. Wenn die Solltemperatur
t2° des
Thermostaten 34 erreicht ist, erlischt der Anzeiger 35.
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Der
Benutzer löst
zu einer Zeit t20 die Erzeugung von Dampf aus, indem er durch den
Knopf 11 den Schalter in die Position P4 bringt. Die Pumpe 2 wird
mit Elektrizität
gespeist, das Heizelement 32 wird weiterhin durch den Thermostaten 34 geregelt. Der
Verteiler 4 verbindet den Heizblock 3 mit dem Rohr 9,
von welchem der Benutzer die kalibrierte Öffnung 10 in das zu
erhitzende Getränk
eintauchen läßt. Das
Wasser verdampft in Kontakt mit dem Heizblock 3, während eine
große
Volumenmenge an Dampf erzeugt wird. Beim Durchgang in der kalibrierten Öffnung der
Düse 10 erzeugt
der Dampf eine Drucksteigerung, was die Wassermenge verringert. Dadurch
genügt
die Leistung des Heizelements, um die Verdampfungstemperatur aufrechtzuerhalten, was
einen kontinuierlichen Dampfstrahl sicherstellt.
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Die
verfügbare
Leistung wird folglich bezüglich
jener, die verbraucht wird, erhöht.
Dadurch fällt die
Temperatur des Heizblocks beim Ingangsetzen der Verdampfung wenig
ab und kehrt schnell auf die Solltemperatur t2° zurück, wie man in 5 sehen kann.
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In
einer anderen Version weist die Pumpe 2 eine Folgesteuerungsvorrichtung
auf oder ist mit dieser verbunden, welche eine Verminderung ihrer
Einschaltdauer hervorruft, was die Kalibrierung der Öffnung der
Düse 10 leichter
macht.
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In
einer weiteren Version weist das Heizelement mehrere Widerstände auf
und die Leistung wird während
der Verdampfung erhöht.
Die elektrische Schaltung wird folglich modifiziert.
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In
einer einfacheren Version der Kaffeemaschine, die keine Dampferzeugungsfunktion
aufweist, sind die Stellungen P3 und P4 des Schalters weggelassen.
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Die
beschriebene Kaffeemaschine weist dieselbe Anzahl von Bauteilen
auf wie eine klassische Kaffeemaschine mit einer Dampferzeugungsfunktion,
aber die Anordnung dieser Bauteile ermöglicht eine gute Regelung der
Temperatur des erhaltenen Kaffeegetränks. In einer Version, die
keine Verdampfungsfunktion aufweist, erfordert die Vervollständigung
nur einen zusätzlichen
kostengünstigen
Thermostaten.