DE69723079T2

DE69723079T2 - Kaffeemaschine

Info

Publication number: DE69723079T2
Application number: DE69723079T
Authority: DE
Inventors: Peter Dam; Marinus Bal; Cornelis Witziers
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-12-23
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: ATE243458T1; DE69723079D1; CN100536734C; CN1216453A; EP0915672B1; EP0915672A1; WO1998027853A1; US5901636A; JP2000513613A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kaffeemaschine.
Es gibt verschiedene Typen von Kaffeemaschinen, die zum Zubereiten von Kaffee benutzt werden. Ein Typ umfasst einen Wasserbehälter, der eine Wasserleitung beliefert, die mit Hilfe eines Heizelementes erhitzt wird. Der Heizprozess führt zu der Bildung von Dampf in der Leitung und die daraus entstehenden Druckumstände sorgen dafür, dass heißes Wasser in ein Steigrohr gepresst und in einen Kaffeefilter geführt wird. Ein derartiges System hat während des Zubereitungsprozesses ständig heißes Wasser in der Leitung und dieses Heizsystem wird nachstehend als "Durchlauferhitzer" bezeichnet.
Ein anderer Typ der Kaffeemaschine umfasst einen Heißwasserbehälter und einem Kaffeefilter wird mit Hilfe einer Pumpe unter Druck heißes Wasser geliefert. Espresso-Kaffeemaschinen benutzen ebenfalls ein Pumpenheizsystem, und arbeiten im Allgemeinen mit einem höheren Systemdruck.
Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls anwendbar auf all diese Typen von Kaffeemaschinen.
Es ist bekannt, dass der Kaffeezubereitungszyklus an die Menge zuzubereitenden Kaffees soll angepasst werden können. Insbesondere gibt es einen optimalen Bereich von Zubereitungszeiten, die eine Balance zwischen der Konzentration des Kaffees und dem Geschmack schaffen. Deswegen gilt: je größer die zuzubereitende Kaffeemenge, umso höher soll der Durchsatz sein, so dass die gesamte Zubereitungszeit innerhalb der gewünschten Grenzen bleibt.
In Drain-Elektrode 2839140 wird eine Kaffeemaschine mit einem Durchlauferhitzer beschrieben, wobei ein von Hand betätigter Wähler vorgesehen ist um die Menge zuzubereitenden Kaffees anzugeben und die gemachte Selektion bestimmt die effektive Leistung des Heizelementes. In einem Durchlauferhitzer, wie derjenige, der in Drain-Elektrode 839140 verwendet wird, bestimmt die von dem Heizelement gelieferte Leistung den Durchsatz durch das Steigrohr.
In JP-A-3039112 und JP-A-3039116 sind Kaffeemaschinen beschrieben worden, in denen Wasser aus einem Behälter durch Schwerkraft einer Filtervorrichtung zugeführt wird und die Tropfrate dazu wird eingestellt.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Kaffeemaschine zum Zubereiten von Kaffee geschaffen, wobei diese Kaffeemaschine die nachfolgenden Elemente umfasst: einen Wasserbehälter, eine Wasserheiz- und -liefervorrichtung zum Befördern heißen Wassers zu einer Filtervorrichtung, wobei der zubereitete Kaffee von der Filtervorrichtung zu einem Behälter fließt, wobei die Kaffeemaschine weiterhin Pegeldetektionsmittel aufweist zum Detektieren des Wasserpegels in dem Wasserbehälter während des Zubereitungsprozesses und dass die Wasserheiz- und -liefervorrichtung gesteuert wird zum Variieren des Durchsatzes des heißen Wassers zu der Filtervorrichtung, und zwar in Abhängigkeit des Wasserpegels in dem Wasserbehälter während des Zubereitungsprozesses.
Die Kaffeemaschine nach der vorliegenden Erfindung schafft eine automatische Regelung des Zubereitungsprozesses, so dass die Qualität des zubereiteten Kaffees beibehalten wird, ungeachtet der Menge zuzubereitenden Kaffees.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Kaffeemaschine mit einem Durchlauferhitzer anwendbar, wobei in diesem Fall die Wassererhitzungs- und -zufuhrvorrichtung ein Heizelement umfasst, das Wasser in einer Leitung erhitzt, die den Wasserbehälter und die Filtervorrichtung miteinander kuppelt, und die Leistung des Heizelementes dann während des Zubereitungsprozesses gesteuert wird um den Durchsatz zu variieren. Die Steuerung der Leistung des Heizelementes ist derart, dass der Durchsatz reduziert wird, wenn der Wasserpegel in dem Behälter sinkt. Am Ende des Zubereitungsprozesses wird der Durchsatz des heißen Wassers zu der Filtervorrichtung immer auf einen minimalen Pegel gesetzt. Dies hat den Vorteil, dass ein Temperaturanstieg, der während einer thermischen Ausschaltung am Ende des Zubereitungsprozesses stattfindet, reduziert wird. Weiterhin wird der Lärm, der am Ende des Zubereitungszyklus wegen dieses Temperaturanstiegs erzeugt wird, ebenfalls reduziert.
Das Heizelement kann eine Anzahl Heizglieder umfassen, die parallel zueinander verbunden sind, wobei wenigstens eines derselben entkoppelt werden kann um eine Einstellung der Heizelementleistung zu ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls auf ein Pumpensystem angewandt werden, wobei dann in diesem Fall die Wasserheizungs- und -zufuhrvorrichtung ein Hei zelement umfasst, welches das Wasser in der Heizkammer erhitzt, und eine Pumpe, die Wasser aus der Heizkammer in die Filtervorrichtung pumpt, wobei die elektrische Belastung der Pumpe während des Zubereitungsprozesses gesteuert wird zum Variieren des Durchsatzes.
Die Heizkammer kann den Wasserbehälter enthalten oder kann eine zusätzliche Heizkammer enthalten.
Die Pegeldetektionsmittel nach der vorliegenden Erfindung können einen Schwimmer mit einem magnetischen Element aufweisen und wenigstens einen auf ein Magnetfeld reagierenden Schalter, der durch das magnetische Element aktiviert wird, wenn der Wasserpegel sich innerhalb eines vorbestimmten Pegelbereichs befindet.
Auf alternative Weise können verschiedene andere Pegeldetektionssysteme angewandt werden, wie kapazitive Pegelsensoren oder ein Schwimmer, der mit einem Potentiometer assoziiert ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Kaffeemaschine vom kontinuierlichen Heiztyp nach der vorliegenden Erfindung,
2 eine Kaffeemaschine vom Pumpentyp nach der vorliegenden Erfindung,
3 eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des Heizelementes der Kaffeemaschine nach 1,
4 eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der Pumpe der Kaffeemaschine nach 2.
1 zeigt eine Kaffeemaschine mit einem Durchlauferhitzer und der eine Pegeldetektion nach der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Kaffeemaschine 2 umfasst einen Wasserbehälter 4 mit einem Ausgang 6, der eine Heizleitung 8 beliefert, wo das Erhitzen des Wassers stattfindet. Die Heizleitung 8 ist mit einem Steigrohr 10 verbunden, das Wasser auf eine Filtervorrichtung 12 gibt. Die Filtervorrichtung 12 umfasst einen Träger 14 für ein Filter 16 für das Kaffeemehl 18.
Im Gebrauch der Kaffeemaschine 2 aus 1 fließt Wasser aus dem Behälter 4 durch ein Einrichtungsventil 20 in die Heizleitung 8. Das Wasser innerhalb der Leitung 8 wird von einem Heizelement 22 erhitzt, das eine Verdampfung von Wasser inner halb der Leitung 8 verursacht. Dies erzeugt Druck innerhalb der Leitung 8, wodurch heißes Wasser in dem Steigrohr 10 hochgetrieben und in die Filtervorrichtung 12 geführt wird. Innerhalb der Filtervorrichtung 12 geht das Wasser durch den Kaffeemehl 18 und in einen Behälter 24. Der Kaffee in dem Behälter 24 wird durch die Basis 26, in der ein Heizelement 22 untergebracht ist, warm gehalten. Die Wirkungsweise der Kaffeemaschine, wie diese bisher beschrieben worden ist, ist herkömmlich. Das Heizelement 22, die Leitung 8 und das Steigrohr 10 bilden zusammen eine Wasserheiz- und -liefervorrichtung.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Pegeldetektionsschaltung 30 zum Detektieren des Wasserpegels in dem Behälter 4. In dem in 1 dargestellten Beispiel umfasst die Pegeldetektionsschaltung einen Schwimmer 32, der mit einem vertikalen Kanal 34 versehen ist. Der Schwimmer umfasst einen magnetischen Teil, der mit einem magnetischen Reed-Schalter 36 (oder einem Hall-Sensor) bei einem bestimmten Pegel interaktiv ist. Ein Anschlag 38 begrenzt die Aufwärtsbewegung des Schwimmers 32, so dass der Schwimmer 32 mit dem Reed-Schalter 36 für alle Wasserpegel innerhalb des Behälters 4 über einem vorbestimmten Pegel interaktiv ist. Auf diese Weise schafft die Pegeldetektionsschaltung 30 einen binären Ausgang, der einen hohen oder niedrigen Wasserpegel darstellt.
Die Pegeldetektionsschaltung 30 ist mit der Steuerschaltung 40 des Heizelementes 22 verbunden oder umfasst einen Teil davon, so dass der Wasserpegel innerhalb des Behälters 4 die Wirkungsweise des Heizelementes 22 bestimmt.
Für hohe Wasserpegel in dem Behälter 4 wird das Heizelement 22 mit einer höheren Leistung betrieben als wenn der Wasserpegel in dem Behälter 4 niedrig ist. Die Leistung des Heizelementes 22 bestimmt die Druckbedingungen innerhalb der Heizleitung 8, und bestimmt dadurch den Durchsatz in dem Steigrohr 10. Folglich kann die Steuerung des Heizelementes 22 benutzt werden zum Ändern des Durchsatzes von Wasser zu der Filtervorrichtung 12 abhängig von dem Wasserpegel. Es hat sich herausgestellt, dass dies wünschenswert ist, so dass die Zubereitungszeit für den Kaffe innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten werden kann, wobei diese Grenzen eine gewünschte Balance zwischen der Stärke und dem Aroma des zubereiteten Kaffees für einen optimalen Geschmack schaffen.
Die Pegeldetektionsschaltung 30 überwacht vorzugsweise den Wasserpegel in dem Behälter während des Zubereitungsprozesses, nämlich da der Wasserpegel fällt. Auf diese Weise kann der Durchsatz während des Zubereitungsprozesses gesteuert werden, so dass das Schalten stattfindet, wenn der Wasserpegel in dem Behälter sinkt. Dies hat den Vorteil, dass der niedrigere Durchsatz immer am Ende des Zubereitungsprozesses implementiert wird. Der Zubereitungsprozess endet, wenn alles Wasser in dem Behälter 4 durch das Heizelement 22 erhitzt worden ist und ein thermostatischer Schalter einen Anstieg der Temperatur in der Nähe des Heizelementes detektiert, wobei dieser Anstieg durch das Fehlen von Wasser verursacht wird. Dies sorgt dafür, dass das Heizelement abgeschaltet wird, aber es gibt einen kontinuierlichen Anstieg der Temperatur innerhalb der Heizleitung 8 einige Zeit nachdem die Schaltungsanordnung abgeschaltet worden ist. Dies führt zu einem hohen Temperaturanstieg am Ende des Zubereitungsprozesses und erzeugt unerwünschte Geräusche. Wenn Gewährleistet wird, dass das Heizelement am Ende des Zubereitungsprozesses auf eine niedrigere Leistung geschaltet wird, werden der Temperaturanstieg und die Geräusche reduziert.
2 zeigt eine Pumpen-Kaffeemaschine 2, die ebenfalls ein Pegeldetektionssystem nach der vorliegenden Erfindung aufweist. Gleiche Elemente wie in dem in 1 dargestellten System haben dieselben Bezugszeichen. In dem System nach 2 wird zunächst Wasser in dem Behälter 4 durch das Heizelement 22 erhitzt bevor es der Filtervorrichtung 12 durch die Pumpe 42 zugeführt wird. In diesem Fall bildet das Heizelement eine Wasserheizvorrichtung und die Pumpe bildet eine Wassertransportvorrichtung. Die Pumpe 42 kann nur dann betrieben werden, wenn die Temperatur des Wassers in dem Behälter 4 die erforderliche Temperatur erreicht hat. Das Heizelement wird thermostatisch gesteuert um die gewünschte Wassertemperatur beizubehalten. Das Heizelement 22 kann auf alternative Weise in einer einzelnen Heizkammer vorgesehen werden (die kleiner ist als der Behälter 4) aber auch hier wird das Wasser erst dann gepumpt, wenn es die gewünschte Temperatur erreicht hat. In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist die Pegeldetektionsschaltung 30 mit der Steuerschaltung für die Pumpe 42 verbunden oder bildet einen Teil davon, so dass der Durchsatz der Pumpe abhängig von dem Wasserpegel innerhalb des Behälters eingestellt werden kann. Wie nachstehend noch näher beschrieben wird, kann der Durchsatz dadurch gesteuert werden, dass die Geschwindigkeit der Pumpe durch Steuerung der elektrischen Belastung, die mit der Pumpe verbunden ist, variiert wird, oder auf alternative Weise kann der Durchsatz dadurch gesteuert werden, dass eine variable Strömungseinschnürung, wie ein Ventil, vorgesehen wird. Die in 2 dargestellte Pegeldetektions schaltung entspricht der aus 1 und schafft wieder ein binäres Signal um einen hohen oder niedrigen Wasserpegel innerhalb des Behälters 4 anzugeben.
3 zeigt detaillierter, wie die Pegeldetektionsschaltung 30 verwendet werden kann zur Steuerung der Wirkungsweise des Heizelementes 22 in der Ausführungsform nach 1. Wie dargestellt, umfasst das Heizelement 22 zwei Heizelemente R1, R2, parallel verbunden zwischen den Speiseleitungen 44. Eines der Heizelemente R1 ist in Reihe mit dem magnetischen Reed-Schalter 36 verbunden, so dass das Heizelement R1 in der Heizsteuerschaltung 40 EIN- und AUS-geschaltet werden kann. Der Schalter 36 ist in 3 als ein normalerweise offener Schalter dargestellt, so dass wenn der Schwimmer 32 auf dem Pegel des Anschlags 38 liegt (d. h. für alle hohe Flüssigkeitspegel), die magnetische Kopplung zwischen dem Schwimmer 32 und dem Schalter 36 dafür sorgt, dass der Schalter 36 geschlossen wird. Dies behält das Heizelement R1 in der Schaltungsanordnung und sorgt für eine hohe Gesamtleistung des Heizelementes 22. So kann beispielsweise das Heizelement R1 eine Leistung von 0,9 kW haben und das Heizelement R2, das ständig verbunden ist, kann eine Leistung von 0,5 kW haben. Die thermostatische Steuerung ist schematisch als Schalter 46 dargestellt.
Da Heizelement 22 kann auf alternative Weise ein einziges Element aufweisen und die den Klemmen zugeführte Spannung kann eingestellt werden zum Regeln der Leistung. Als eine weitere Alternative kann die effektive Leistung eines einzigen Heizelementes dadurch eingestellt werden, dass Tastverhältnis, das die Wirkungsweise des Elementes regelt, variiert wird.
Das Heizelement 22 kann ein Heizelement von Eintauchtyp enthalten oder es kann eine gedruckte Heizspur beispielsweise auf der Basis des Wasserbehälters enthalten.
Obschon eine Pegelsteuerung, die nur zwei Signale schafft, beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich auch möglich, eine Pegeldetektion vorzusehen, die eine genauere Pegelmessung ermöglicht. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung, die eine genauere Pegeldetektion ermöglicht und die geeignet ist für eine Pumpen-Kaffeemaschine, wie die aus 2. In 4 ist der Schwimmer 32 interaktiv tätig mit einer Anzahl normalerweise offener Reed-Schalter (oder Hall-Sensoren) 36. Die Steuerschaltung für die Pumpe 42 umfasst eine Last, die mit der Pumpe 42 in Reihe geschaltet ist, und die variabel ist von dem Wasserpegel in dem Behälter 4 abhängig ist. In 4 umfasst die Last einen ständig verbundenen Lastwiderstand L6, der mit einem der weiteren Lastwiderstände L1 bis L5 abhängig von dem Wasserpegel parallel geschaltet ist. Die Lage des Schwimmers 32 bestimmt, welcher Schalter 36 durch magnetische Kopplung geschlossen wird und bestimmt dadurch die Gesamtbelastung, die mit der Pumpe 42 in Reihe geschaltet ist. Die in Reihe geschaltete Last bestimmt die Geschwindigkeit der Pumpe 42 und bestimmt dadurch den Wasserzufluss zu dem Filter 12.
Als eine Alternative zur Steuerung der elektrischen Last der Pumpe kann die mechanische Last für die Pumpe durch Anordnung einer variablen Strömungseinschnürung, wie eines Ventils, gesteuert werden, die durch das Pegelsensorsignal gesteuert wird.
Obschon ein Pegelsensor basiert auf magnetischer Kopplung zwischen einem schwimmenden Magneten und einem Schalter, der auf Magnetfelder reagiert, beschrieben worden ist, können mehrere andere Pegeldetektionsschaltungen verwendet werden. So kann beispielsweise ein Schwimmer mechanisch eine Potentiometerschaltung aktivieren zum Einstellen eines Widerstandswertes zum Erhalten der gewünschten Pumpsteuerung oder der Heizelementsteuerung. Als weitere Alternative sind kapazitive Pegelsensoren bekannt, bei denen das Wasser in dem Behälter 4 als Dielektrikum wirksam ist um eine kapazitive Pegelmessung zu ermöglichen. Aus dem Bereich der Flüssigkeitspegelmessung sind dem Fachmann mehrere andere Möglichkeiten bekannt.

Claims

Kaffeemaschine (2) zum Zubereiten von Kaffee, wobei diese Kaffeemaschine die nachfolgenden Elemente umfasst: einen Wasserbehälter (4), eine Wasserheiz- und -liefervorrichtung zum Befördern heißen Wassers zu einer Filtervorrichtung (12), wobei der zubereitete Kaffee von der Filtervorrichtung zu einem Behälter (24) fließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaffeemaschine weiterhin Pegeldetektionsmittel (30) aufweist zum Detektieren des Wasserpegels in dem Wasserbehälter während des Zubereitungsprozesses und dass die Wasserheiz- und -liefervorrichtung gesteuert wird zum Variieren des Durchsatzes des heißen Wassers zu der Filtervorrichtung, und zwar in Abhängigkeit des Wasserpegels in dem Wasserbehälter während des Zubereitungsprozesses.
Kaffeemaschine nach Anspruch 1, wobei die Wasserheiz- und -liefervorrichtung ein Heizelement (22) aufweist, das Wasser in einer Leitung (8) erhitzt, die den Wasserbehälter und die Filtervorrichtung miteinander kuppelt, und wobei die Leistung des Heizelementes während des Zubereitungsprozesses gesteuert wird zum Variieren des Durchsatzes.
Kaffeemaschine nach Anspruch 2, wobei das Heizelement wenigstens zwei Heizglieder (R1, R2) aufweist, die parallel verbunden sind, wobei wenigstens eines der betreffenden Glieder entkoppelt werden kann um eine Einstellung der Leistung des Heizelementes zu ermöglichen.
Kaffeemaschine nach Anspruch 1, wobei die Wasserheiz- und -liefervorrichtung ein Heizelement (22) aufweist, welches das Wasser in einer Heizkammer erhitzt und eine Pumpe (42), die Wasser von der Heizkammer zu der Filtervorrichtung pumpt, und wobei die elektrische Last an der Pumpe während des Zubereitungsprozesses zum Variieren des Durchsatzes gesteuert wird.
Kaffeemaschine nach Anspruch 4, wobei die Heizkammer den Wasserbe hälter (4) umfasst.
Kaffeemaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Pegeldetektionsmittel (30) einen Schwimmer (32) mit einem Magnetelement und wenigstens einem auf ein Magnetfeld reagierenden Schalter (36) aufweist, der durch das Magnetelement betätigt wird, wenn der Wasserpegel sich zwischen vorbestimmten Pegeln befindet.