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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zubereitung von Kaffee,
insbesondere Espresso-Kaffee, bestehend aus einem Filterhalter zur Aufnahme
einer bestimmten dosierten Menge Kaffeepulvers, einem Filterelement, das im
Filterhalter angeordnet ist und die vorbestimmte Kaffeepulvermenge trägt, einem
Rohr, das Wasser zur Zubereitung des Kaffees führt und im Filterhalter oberhalb der
dosierten Kaffeepulvermenge mündet, einer Kammer zur Aufnahme des
Kaffeeaufgusses, die sich unterhalb des Filterelements im Filterhalter befindet, einer
Öffnung in der Aufnahmekammer, aus der der zubereitete Kaffee ausgegeben wird,
einem Behälter, der das Wasser enthält, das auf eine vorbestimmte Temperatur
erhitzt ist, einem Rohr für die Zufuhr von kaltem Wasser, das von einer externen
Quelle zur Vorrichtung und direkt zum Behälter zugeführt wird, einer Pumpe, die in
das Kaltwasser-Zufuhrrohr eingesetzt ist, einem Rohr zum Abziehen des heißen
Wassers aus dem Behälter, einem Ventilelement zwischen dem Rohr zum Abziehen
des heißen Wassers und dem Rohr, das oberhalb der dosierten Kaffeepulvermenge
für die Zubereitung des Aufgusses mündet, und einer Einrichtung zur Betätigung und
Steuerung der Pumpe und des Ventilelements.
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Vorrichtungen der oben erwähnten Art sind auf dem Gebiet (s. US-A-3 230 974)
sowohl zur Verwendung in Bars und Restaurants als auch zur Verwendung im
Haushalt bekannt.
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Ein spezielles Problem, das sich ergibt, wenn Espresso-Kaffee unter Verwendung
von Vorrichtungen des oben erwähnten Typs zubereitet wird, betrifft die Art, in der
das Wasser zur Zubereitung des Kaffees - das üblicherweise auf einer optimalen
Temperatur von etwa 95º ist und mittels einer geeigneten Pumpe mit einem Druck
von etwa 9 bar zugeführt wird - durch die bemessene Menge Kaffeepulver läuft, die
oberhalb des Filterelements im Filterhalter eingebracht wird.
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Es wurde in der Praxis festgestellt, daß, wenn das Wasser die dosierte Menge
Pulverkaffee mit dem hohen Druck von 9 bar gerade durchläuft, nicht der gesamte
Kaffee intensiv befeuchtet wird, da das Wasser Vorzugsbahnen durch das
Kaffeepulver folgt, so daß nicht alle ätherischen Öle daraus extrahiert werden, und
die organoleptischen Eigenschaften des Getränks irreparabel beeinträchtigt werden.
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Um den oben erwähnten Nachteil zu vermeiden, wurde auf diesem Gebiet manchmal
ein System verwendet, durch das der Phase, bei der das Getränk unter Verwendung
von Wasser bei hohem Druck zubereitet wird, eine Zwischenphase vorangeht, in der
die dosierte Menge Kaffeepulver mit heißem Wasser befeuchtet wird, das dabei auf
niedrigem Druck ist.
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Auf diese Weise wird das Kaffeepulver, das in den Filterhalter gepreßt wurde, um
einen Kuchen zu bilden, im wesentlichen gleichmäßig für eine bestimmte Zeitperiode
befeuchtet, und die geeignete Menge Wasser mit hohem Druck wird dann durch ihn
geleitet. Die Bildung von bevorzugten Wasserbahnen durch das Kaffeepulver wird so
vermieden, so daß sichergestellt wird, daß das gesamte Aroma gleichmäßig aus dem
Gesamtkaffeepulver extrahiert wird.
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Die oben erwähnten Verfahrensphasen werden unter Verwendung des konstruktiven
Aufbaus und der Komponenten des in Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen gezeigten
Standes der Technik nachstehend beschrieben.
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Diese Figur zeigt schematisch den typischen Aufbau einer bekannten Vorrichtung zur
Zubereitung von Espresso-Kaffee. Sie hat einen Behälter 1 zum Beispiel in Form
eines in einen Siedekessel 2 eingetauchten Behälters 1 zum Erhitzen des Wassers
auf die erforderliche Temperatur.
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Das Wasser im Behälter 2 wird z. B. auf eine Temperatur von etwa 120º Celsius
mittels eines geeigneten, üblichen, elektrischen Heizgeräts (in der Zeichnung nicht
gezeigt) gehalten, so daß das Wasser in Behälter 1, wenn es durch das Einleiten von
kaltem Wasser abgegeben wird, auf der richtigen Temperatur für die Zubereitung von
Kaffee ist.
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Die bekannte Vorrichtung hat auch einen Filterhalter 3 mit einem Filterelement 4, auf
dem die dotierte Menge 5 Kaffeepulvers plaziert und zur Bildung eines Kuchens
leicht gepreßt wird.
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Der Filterhalter 3 hat eine Kammer 6, die sich unter dem Filterelement 4 befindet, in
dem sich das Getränk sammelt, und eine Öffnung 7, durch die es in eine Tasse
darunter (nicht gezeigt) abgegeben wird.
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Dieser Filterhalter 3 kann in üblicher Weise in an einen entsprechenden Tragkopf 8
angeschlossen und von diesem getrennt werden, durch den das Wasser für die
Zubereitung des Kaffees, das im Behälter 1 erhitzt wurde, über eine Leitung 9
ankommt.
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Nach einem Abschnitt 9a mündet das Rohr 9 oberhalb des Kuchens des dosierten
Kaffees 5 über eine Reihe üblicher Düsen 9b.
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Die Vorrichtung hat auch ein Wasser-Zufuhrrohr 10, das mit dem Rohr 9 über ein
Dreiwegeventil 11 verbunden ist, das von einer Betätigungs- und Steuereinheit 12
über die Leitung 13 elektrisch gesteuert wird.
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Mit dem Dreiwegeventil 11 ist auch eine Leitung 14 verbunden, die wiederum mit
einem Abfluß verbunden ist, so daß die Leitung 9 mit der Außenseite am Ende jedes
Kaffee-Zubereitungszyklus verbunden ist.
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Die Vorrichtung hat auch in üblicher Weise eine Pumpe 15, die kaltes Wasser von
einer externen Quelle ansaugt, z. B. in der Hauptwasserleitung, und es durch eine
Leitung 16 zum Behälter 1 mit einem Druck von etwa 9 bar fördert. Die Pumpe 15
wird ebenfalls von der Steuereinheit 12 über eine Leitung 17 aktiviert.
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Schließlich hat die bekannte Vorrichtung eine Expansionskammer 18 in der Leitung
9, die sich z. B. im Kopf 8 befindet.
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Die Expansionskammer 18 hat etwa die Form einer zylindrischen Kammer, die
entsprechend einer ersten möglichen Ausführungsform mit der Außenatmosphäre
durch den Abschnitt des Rohrs 9 verbunden ist, der oberhalb des Kuchens des
Kaffeepulvers 5 mündet, und eine bestimmtes konstantes Volumen hat.
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Entsprechend einer weiteren üblichen Ausführungsform kann ein Kolben 9 mit einer
Dichtung 19a in die Kammer 18 eingesetzt sein, wobei der Kolben gegen eine
kalibrierte Feder 20 axial verstellbar ist.
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Die Vorrichtung hat üblicher Weise ein Rückschlagventil 21, eine Drosselstelle 22
und ein Sicherheitsventil 23 an der Leitung 16.
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Ein Beispiel einer bekannten Vorrichtung wie der oben anhand der Fig. 1
beschriebenen ist ebenfalls im US Patent US-A-3230974 gezeigt.
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Wenn Kaffee zubereitet werden soff, sendet die Steuereinheit 12 einen Befehl an den
Verteiler 11a des Dreiwegeventils 11, um ihn einzustellen, so daß die Leitung 10 mit
der Leitung 9 verbunden wird, wobei die Leitung 14 gesperrt wird, und gleichzeitig
aktiviert sie die Pumpe 15, die kaltes Wasser bei einem Druck von 9 bar dem
Behälter 1 zuführt.
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Die Pumpe wird daher aktiviert, das heiße Wasser bei einem Druck von 9 bar tritt aus
dem Behälter 1 aus und läuft durch die Leitung 10 und durch das Dreiwegeventil 11
in die Leitung 9, über die es in die Expansionskammer 18 eintritt.
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Gleichzeitig tritt auch Wasser in den zweiten Abschnitt 9a der Leitung 9, durchweicht
den Kaffeekuchen 5 bei einem reduzierten Druck, bis die gesamte Kammer 18 mit
Wasser gefüllt ist, und der Druck gegen den Kolben 19 und die kalibrierte Feder 20,
wenn diese vorhanden sind, oder gegen das Luftkissen, das sich in der Kammer
bildet, wieder auf den maximalen Druck von 9 bar angestiegen ist, der von der
Pumpe 15 erzeugt wird.
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Auf diese Weise wird entsprechend dem Stand der Technik eine Zwischenphase
durchgeführt, in der Kaffeepulver bei einem relativ niedrigen Druck befeuchtet wird,
bevor das Getränk mit dem üblichen Druck von etwa 9 bar zubereitet wird.
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In der Praxis jedoch hat die oben beschriebene bekannte Technologie eine Reihe
von Nachteilen, die die vorliegende Erfindung zu vermeiden sucht.
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An erster Stelle wurde festgestellt, daß die Dauer der Kaffeepulver-
Befeuchtungsphase vom Volumen der Expansionskammer 18 und der Zeit abhängt,
die das Wasser benötigt, das von der Pumpe 15 angetrieben wird, um die
Drosselstelle 22 zu durchströmen und die Kammer zu füllen.
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Die Dauer der Befeuchtungsphase kann daher nicht geändert oder zum Beispiel an
unterschiedliche Kaffeemischungen oder andere betriebliche Anforderungen der
Vorrichtung angepaßt werden, da sie von den konstruktiven Eigenschaften der
Kammer 18 und der hydraulischen Ausstattung abhängt, die diese versorgt.
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Darüber hinaus verbleibt, wenn der Kaffee abgegeben, und die Position des
Dreiwegeventils 11 geändert wurde, einiges Restwasser in der Kammer 18 und fließt
weiter in den Filterhalter 3 und durch den Kuchen 8 des verbrauchten Kaffees, den
es feucht hält.
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Dies bedeutet, daß, wenn der Kuchen verbrauchten Kaffees - der den "Kaffeesatz"
bildet - entfernt wird, der zusätzliche Nachteil auftritt, daß man eine feuchte
Abfallmenge, anstatt einer nahezu trockenen entsorgt werden muß, die weniger
Probleme hinsichtlich der Reinigung stellt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bei den bekannten
Vorrichtungen auftretenden Probleme zu beseitigen, indem das Problem gelöst wird,
wie die Zwischenphase durchgeführt wird, in der das Kaffeepulver mit dem Wasser
bei niedrigem Druck und bei der vorbestimmten Temperatur für eine Zeitperiode
befeuchtet wird, die sich in Abhängigkeit von den speziellen Anforderungen der Art
des verwendeten Kaffees ändert, und dann die Phase durchzuführen, in der der
Kaffee unter Verwendung von Wasser auf hoher Temperatur zubereitet wird, wobei
zusätzlich sichergestellt wird, daß, sobald das Getränk ausgegeben wurde, der
Kaffeesatz trockener bleibt.
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Die Aufgabe der Erfindung wird unter Verwendung einer Vorrichtung der im
Oberbegriff angegebenen Art und eines Verfahrens gelöst, die, wie in den
nachstehenden Ansprüchen spezifiziert, charakterisiert sind.
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Die Erfindung wird nun detaillierter anhand der übrigen beigefügten Figuren erläutert,
in denen:
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Fig. 2 die bekannte Vorrichtung der Fig. 1 zeigt, die gemäß der Erfindung
modifiziert wurde, und in der entsprechende konstruktive Elemente unter
Verwendung der gleichen Bezugsziffern angegeben wurden; und
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Fig. 3 die Erfindung in Anwendung auf eine modifizierte Ausführungsform der
Vorrichtung zeigt.
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Bezugnehmend auf Fig. 2 ist zu beachten, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung
keine Expansionskammer an der Leitung 9 hat. Die Leitung 9 verläuft direkt vom
Dreiwegeventil 11 zum Kopf 8, in dem sie über der dosierten Menge 5 des im
Filterhalter 3 plazierten Kaffees mündet.
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Die Vorrichtung hat ein Strömungsunterbrechungselement - in der Praxis ein
Zweiwege (offen/geschlossen) - Magnetventil - 24, das in die Leitung 16 in den
Abschnitt eingesetzt ist, der sich zwischen dem Sicherheitsventil 23 und der
Drosselstelle 22 in Strömungsrichtung hinter der Pumpe 15 befindet.
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Das Zweiwegeventil 24 wird von der Steuereinheit 12 über die Leitung 25 und eine
Einstelluhr 26 gesteuert.
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An Beginn des Kaffeezubereitungszyklus, unter der Annahme, daß eine dosierte
Menge 5 Kaffeepulvers bereits im Filterhalter 3 vorhanden ist, schließt der
Startbefehl, der von der Steuereinheit 12 abgegeben wird, das Zweiwegeventil 24, so
daß verhindert wird, daß Wasser unter Druck in den Behälter 1 eintritt und von da
aus in die Leitung 10 gelangt.
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Zur gleichen Zeit verstellt der selbe Befehl, der den Zyklus startet, das
Dreiwegeventil 11 in die Position, durch die das Rohr 10 mit dem Rohr 9 verbunden
wird.
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Vorausgesetzt, daß letzteres oberhalb der dosierten Kaffeemenge 5 mündet und
daher mit der Umgebung außerhalb des Filterhalter 3 in Verbindung steht, neigt das
im Behälter 1 vorhandene Wasser - das auf der Siedekesseltemperatur von etwa
1200 Grad ist - dazu, wenn kein kaltes Wasser zugeführt wird, zu verdampfen,
wodurch wiederum das Wasser auf die dosierte Kaffeemenge 5 bei niedrigem Druck
von etwa 1 bis 1,5 bar verdrängt wird, so daß die dosierte Kaffeemenge befeuchtet
wird.
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Sobald eine bestimmte und voreingestellte Zeitperiode von etwa 2 bis 8 Sekunden
abgelaufen ist, öffnet die Uhr 26 das Zweiwegeventil 24, so daß die Pumpe 15 kaltes
Wasser in den Behälter 1 mit dem voreingestellten hohen Druck, üblicherweise von
etwa 9 bar, fördert.
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Sobald der Behälter 1, der in Form eines Wärmetauschers vorliegt, mit der
geeigneten Menge Wasser gefüllt wurde, das bei der Zwischenbefeuchtungs- bzw.
Aufgußphase benutzt wurde, beginnt das Wasser der Pumpe 15 die Phase, in der
das Getränk unter Verwendung von Wasser mit einem Druck von etwa 9 bar
zubereitet wird, das von der Leitung 10 zur Leitung 9 und dann von letzterer zur
dosierten Kaffeemenge im Filterhalter 3 läuft. Am Ende der
Getränkezubereitungsphase wird der Verteiler 11a des Dreiwegeventils 11 in die
Position verstellt, in der er Leitung 10 verschließt, und wie Fig. 2 zeigt, die Leitung 14
öffnet, um das Wasser abzugeben.
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Wenn der Filterhalter 3 geöffnet wird, um den Satz zu entsorgen, der das
verbrauchte Kaffeepulver ist, wird festgestellt, daß er nahezu trocken ist, da sehr
wenig Wasser aus der Leitung 9 strömt, das ihn befeuchten könnte.
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Bezugnehmend auf Fig. 3 kann festgestellt werden, daß, um das Wasser für die
Zubereitung des Kaffees zu erhitzen, die Vorrichtung einen Siedekessel 27 hat, der
von einer üblichen elektrischen Einrichtung (nicht gezeigt) erhitzt wird.
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Die Vorrichtung ist von der speziell für Haushaltsanwendung oder für automatische
Dosiermaschinen geeigneten Art. Das Wasser im Siedekessel 27 wird auf einer
Temperatur von vorzugsweise zwischen 90 und 95º Grad Celsius gehalten, und zwar
unter allen Umständen auf einer Temperatur, die 1000 Grad Celsius nicht
überschreitet. Der Siedekessel 27 ist durch einen Deckel 28 verschlossen und wird
von einer Leitung 16, die von einer Pumpe 15 ausgeht und mit den selben
Einrichtungen, wie die bereits bei der Ausführungsform der Fig. 2 beschriebenen,
gespeist.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist der Siedekessel 27 direkt am Kopf 8
befestigt, der die gleichen konstruktiven und funktionellen Elemente wie die bei der
Ausführungsform der Fig. 2 gezeigten enthält.
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Zu beachten ist insbesondere die Leitung 9, die mit dem Dreiwegeventil 11
verbunden ist. Die Heißwasser-Zufuhrleitung 10, die auch mit dem Dreiwegeventil 11
verbunden ist, hat einen vertikalen Abschnitt 10a, der in den Siedekessel 27 verläuft,
in dem sie im offenen Ende 10b endet.
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Letzteres befindet sich eine Strecke X entfernt von der Innenwand 28a, die vom
Deckel 28 gebildet wird, weit genug entfernt, um einen Raum zu schaffen, der ein
Luftpolster im Siedekessel oberhalb des Wasserpegels bilden kann. Während der
Zwischenphase, in der das Kaffeepulver befeuchtet wird - die stattfindet, wenn das
Zweiwegeventil 24 geschlossen, und das Dreiwegeventil 11 gleichzeitig geöffnet
wird, und daher in der gleichen Weise, wie anhand der Vorrichtung der Fig. 2
beschrieben wurde - das heiße Wasser bei niedrigem Druck von dem Luftkissen,
das oben im Siedekessel 27 über dem Wasserpegel vorhanden ist, in die Leitung 9,
und aus dieser auf die dosierte Kaffeepulvermenge 5 gedrückt.
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Dieses Luftkissen erfüllt dieselbe Funktion wie die vom Dampf erfüllte, der im
Wärmetauschbehälter 1 der Vorrichtung der Fig. 2 erzeugt wird.