WO2021204455A1 - Espressomaschine - Google Patents

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WO2021204455A1
WO2021204455A1 PCT/EP2021/054447 EP2021054447W WO2021204455A1 WO 2021204455 A1 WO2021204455 A1 WO 2021204455A1 EP 2021054447 W EP2021054447 W EP 2021054447W WO 2021204455 A1 WO2021204455 A1 WO 2021204455A1
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WO
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piston
pressure
coffee powder
espresso machine
espresso
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/054447
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French (fr)
Inventor
Hendrik Voss
Original Assignee
Hendrik Voss
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Publication date
Application filed by Hendrik Voss filed Critical Hendrik Voss
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    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
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    • A47J31/00—Apparatus for making beverages
    • A47J31/44—Parts or details or accessories of beverage-making apparatus
    • A47J31/52—Alarm-clock-controlled mechanisms for coffee- or tea-making apparatus ; Timers for coffee- or tea-making apparatus; Electronic control devices for coffee- or tea-making apparatus
    • A47J31/525—Alarm-clock-controlled mechanisms for coffee- or tea-making apparatus ; Timers for coffee- or tea-making apparatus; Electronic control devices for coffee- or tea-making apparatus the electronic control being based on monitoring of specific process parameters
    • A47J31/5251—Alarm-clock-controlled mechanisms for coffee- or tea-making apparatus ; Timers for coffee- or tea-making apparatus; Electronic control devices for coffee- or tea-making apparatus the electronic control being based on monitoring of specific process parameters of pressure
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A47J31/0657—Filters or strainers for coffee or tea makers ; Holders therefor for brewing coffee under pressure, e.g. for espresso machines
    • A47J31/0663—Filters or strainers for coffee or tea makers ; Holders therefor for brewing coffee under pressure, e.g. for espresso machines to be used with loose coffee
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    • A47J31/24—Coffee-making apparatus in which hot water is passed through the filter under pressure, i.e. in which the coffee grounds are extracted under pressure
    • A47J31/34—Coffee-making apparatus in which hot water is passed through the filter under pressure, i.e. in which the coffee grounds are extracted under pressure with hot water under liquid pressure
    • A47J31/36—Coffee-making apparatus in which hot water is passed through the filter under pressure, i.e. in which the coffee grounds are extracted under pressure with hot water under liquid pressure with mechanical pressure-producing means
    • A47J31/3604—Coffee-making apparatus in which hot water is passed through the filter under pressure, i.e. in which the coffee grounds are extracted under pressure with hot water under liquid pressure with mechanical pressure-producing means with a mechanism arranged to move the brewing chamber between loading, infusing and ejecting stations
    • A47J31/3609—Loose coffee being employed
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Definitions

  • the invention relates to an espresso machine and a method for operating an espresso machine.
  • a conventional espresso machine water is heated to about 90 ° C. in a mostly electrically heated kettle or heat exchanger and passed through finely ground, compressed coffee powder, in particular espresso powder, under about 9 bar pressure.
  • the pressure is usually generated manually by a lever or by an electric pump.
  • a special type of espresso machine was developed in the 1950s: This uses a manually operated lever mechanism to previously press water heated externally, for example with a kettle, through the coffee powder in a cylinder. Water and coffee powder are separated from each other in the cylinder by an intermediate sieve. The intermediate sieve serves to prevent the coffee powder from being swirled when the water is poured in and to separate it from the water column.
  • the main advantage of the espresso machine described above is the simplicity of the device: there are only a few parts that almost never need to be serviced.
  • the compact brewing part essentially consists of a cylinder, one side of which is closed by a sieve, a piston and an intermediate sieve. These components can all be cleaned very easily and there is no risk of calcification.
  • Another disadvantage here is that there is no view of the emerging espresso on the underside of the device. This is precisely the most beautiful and most exciting moment during espresso production among connoisseurs, as it provides information about the quality of the drink and the flow of the freshly emerging espresso triggers a certain curiosity.
  • the invention is based on the object of providing an espresso machine and a method for operating an espresso machine that can be operated easily, effortlessly and reproducibly.
  • the object is achieved by an espresso machine that has a housing.
  • the espresso machine has a cylinder sieve which can be inserted or arranged on the housing and which is also referred to in the following simply as a cylinder, for receiving coffee. fairy powder, especially espresso powder and water.
  • the cylinder can have a lock, in particular a bayonet lock. The lock is used for reversible locking in or on the housing, in particular during the brewing process.
  • the cylinder typically has a handle with which it can be easily inserted into the machine or attached to and removed from the machine.
  • the espresso machine has an intermediate sieve that is removably arranged in the cylinder and especially within the cylinder.
  • the intermediate sieve can be inserted into the cylinder to spatially separate the coffee powder from the water when both are located inside the cylinder.
  • the intermediate sieve is usually arranged on the coffee powder first filled into the cylinder in order to prevent the coffee powder from being swirled up when the water is poured in.
  • the water filled into the cylinder can also be referred to as a water column.
  • the intermediate sieve is essentially made of a perforated, circular metal plate, in the middle of which a small handle pin is attached.
  • the intermediate screen can be supplemented by a paper filter arranged underneath or, as an alternative, even replaced.
  • the intermediate sieve and the cylinder sieve can be removed from the housing for cleaning.
  • all parts of the espresso machine that can be inserted or attached to the housing can be removed therefrom, so that simple cleaning of the individual parts and in particular of the intermediate sieve and the cylinder sieve is ensured.
  • the espresso machine also has a piston, which can be moved in a feed direction, for pushing the water column through the coffee powder, whereby the resulting espresso runs into a cup arranged below the housing, in particular below a motor housing, which will be explained below.
  • the cup is expediently arranged here on an optional stand below the cylinder.
  • the piston is designed as a reciprocating piston.
  • the piston can also be moved counter to the feed direction in order to reduce pressure in the brewing chamber and to move it out of the cylinder after a brewing process.
  • the espresso machine has an electromotive drive, in particular a linear drive, to which the piston is connected for moving in the feed direction.
  • connected can be understood to mean that the electromechanical drive can act on the piston in order to move it in and against the feed direction.
  • the electric motor drive can be arranged in the motor housing already mentioned above.
  • the electric motor drive preferably has an output of at least 100 watts, at least 200 watts and a maximum output of 300 watts.
  • the espresso machine has a power supply unit which can be connected to a conventional (household) power supply.
  • the espresso machine has a pressure sensor which is arranged on the piston and which is preferably an electronic pressure sensor.
  • the pressure sensor is used to record a piston pressure.
  • the pressure in the cylinder is measured via the pressure sensor, which is preferably arranged on the underside, ie the side of the piston facing the water column, and the pressure values are sent to a control unit described later in the application.
  • the pressure can also be derived from the power consumption of the linear drive.
  • the pressure determined is used by the control unit to regulate the speed and direction of travel of the piston. For example, this prevents the previously defined maximum permissible pressure value from being exceeded during the advance.
  • specific brewing profiles can be run, in which the feed speed is regulated depending on the pressure.
  • a brewing profile contains defined brewing phases with defined pressure curves, piston speed curves and / or time periods, the next phase being activated when one or more defined threshold values are reached.
  • control unit is connected to a memory in order to store and call up different brewing profiles.
  • the novelty lies in the fact that the water column is pressed through the coffee powder by means of the electric motor drive designed as a linear drive and is thus controllable and reproducible. So the piston no longer has to be how be operated manually in the espresso machines described above.
  • the pressure measured inside the cylinder is used to regulate the piston speed based on predefined brewing profiles.
  • the brewing process can thus be automated using control loops. This makes it possible to optimally and reproducibly set the correct pressure curve for a high-quality espresso, with which the water column is pushed through the coffee powder.
  • the user can also watch the espresso emerging from the brewing group, which is made up of the cylinder sieve and intermediate sieve components. It is then possible to easily clean all parts that come into contact with coffee powder, water and the espresso brewed from it.
  • the housing has a stand for placing the espresso machine and / or a wall bracket for arranging the espresso machine on a wall.
  • the cup can be placed on the stand and thus under the cylinder. If the espresso machine has both a stand and a wall bracket, the stand can be detachably arranged on the housing.
  • a portafilter which can be removed therefrom is arranged in or on the housing, in which the cylinder can be arranged and / or is arranged, the portafilter having a lock, in particular a bayonet lock.
  • the lock is used for reversible locking in the housing, in particular during the brewing process. In the inserted state, the cylinder is thus received in the portafilter.
  • the portafilter typically has a handle with which it can be easily inserted and removed from the machine.
  • the espresso machine has a control unit which is set up to control the brewing process on the basis of the measured cylinder pressure (also called piston pressure) and the adjustable piston speed.
  • the piston speed and the resulting cylinder pressure can be continuously readjusted during the brewing process in the sense of a regulation and in the manner of a "feedback loop"
  • the control unit is therefore also set up to control the electromotive drive as a function of the specified piston speed. It must be mentioned here that the piston speed can be set dynamically on the basis of the pressure, with certain limit values or setpoint values being specified could be.
  • the brewing profiles here have in particular piston pressure values (e.g. blooming pressure and / or extraction pressure), minimum and maximum pressure values, blooming and extraction times, water temperatures and / or piston speeds at which the respective brewing process should take place.
  • piston pressure values e.g. blooming pressure and / or extraction pressure
  • minimum and maximum pressure values e.g. blooming pressure and / or extraction pressure
  • blooming and extraction times e.g. blooming and / or extraction pressure
  • a brewing profile can also contain predefined brewing phases with defined pressure curves, piston speed curves and time spans, the next phase being activated when one or more defined threshold values are reached.
  • a piston pressure within the cylinder and / or the piston speed can be set manually by a user.
  • the pressing of the water column through the coffee powder is therefore dynamically adjustable or controllable, whereby individual needs and requirements of the user are taken into account, since the extraction pressure makes an important contribution to the quality of the espresso.
  • control unit is also set up to subdivide the brewing process into at least two brewing sections, namely:
  • a pre-infusion in which the piston is moved in the feed direction until a predetermined pressure or a predetermined distance is reached, in order to infiltrate the coffee powder with water; • an extraction in which the espresso is extracted by moving the piston further in the feed direction while maintaining a certain maximum pressure.
  • the extraction pressure essentially correlates with the piston speed. When a certain maximum value is exceeded, the coffee powder is compressed so much that little or no water can be pressed through it. This condition should be avoided by maintaining the maximum pressure.
  • the control unit is designed in such a way that when the pressure rises continuously, the piston speed is reduced before the previously defined maximum pressure is reached, so that the pressure does not exceed the maximum value and the motor does not run the risk of overloading.
  • the maximum pressure is preferably 6 bar, 9 bar or a maximum of 10.5 bar.
  • control is designed such that the piston speed remains constant during the extraction.
  • the extraction pressure decreases continuously due to the progressive puck erosion.
  • the pressure is kept constant during the extraction, and the piston speed increases continuously during the extraction.
  • control unit is set up to subdivide the brewing process into at least three brewing sections, namely:
  • a pre-infusion in which the piston is moved in the feed direction until a predetermined pressure or a predetermined distance is reached, in order to infiltrate the coffee powder with water;
  • the control unit is set up to subdivide the brewing process into at least three brewing sections, namely:
  • a pre-infusion in which the piston is moved in the feed direction until a predetermined pressure or a predetermined distance is reached, in order to infiltrate the coffee powder with water;
  • the piston speed correlates here essentially with an extraction pressure of the piston which the piston exerts during this section when moving in the feed direction.
  • control unit is set up to decompress the coffee powder at the beginning of the blooming section.
  • control unit is set up to decompress the coffee powder by moving the piston a predetermined distance counter to the feed direction or to set a predetermined blooming pressure, for example zero bar, by moving it counter to the feed direction.
  • the dry coffee powder is saturated with part of the water of the water column in or during the pre-infusion.
  • the piston can, for example, have a speed of up to 20 mm / s.
  • the piston preferably stops automatically. If an increase in pressure cannot be detected when the water column reaches the cylinder sieve, the distance covered by the piston should alternatively be used as a criterion for stopping the piston.
  • conventional, pump-operated espresso machines the pressure generated during the pre-infusion is largely maintained during the blooming and only drops slightly.
  • the piston moves in the blooming section of the brewing process by the already mentioned predetermined distance counter to the feed direction.
  • the piston moves against the direction of advance in order to set a predetermined blooming pressure.
  • the predetermined distance preferably corresponds to the distance that the piston has to move counter to the advancing direction until there is essentially no more pressure inside the cylinder.
  • the blooming pressure thus preferably has a value in the range from 0 bar to 1 bar.
  • the pressure inside the cylinder can be monitored by means of the pressure sensor and used for (re) regulation.
  • the coffee powder which was previously permeated with water, is thereby decompressed, which enables the coffee powder to swell more efficiently and the CO 2 to escape better.
  • this optimization of the blooming relaxes (decompresses) the coffee powder and the air present above the water column, which also optimizes the escape of CO 2 while the piston is stationary. This is also noticeable visually through degassing, which is visible through "bubbling", at the outlet of the espresso machine, that is to say at the end at which the espresso runs into the cup.
  • control unit is set up to divide the brewing process into at least two brewing sections, namely: • a pre-infusion in which the piston is moved at high speed in the direction of advance in order to achieve a pressure of over 9 bar and additionally compress the coffee powder while it is infiltrated with water;
  • the compression of the coffee powder carried out in this embodiment at the beginning of the brewing process is particularly beneficial for the extraction of coarsely ground coffee powder, for example pre-ground, packaged coffee powder from the supermarket.
  • the precompression results in an overall higher extraction pressure, which has a beneficial effect on the extraction and the taste of the coffee.
  • the brewing process can be ended automatically when a predetermined minimum extraction pressure, a predetermined extraction time or a predetermined distance of the piston is reached during the extraction.
  • a temperature sensor (also referred to as a temperature sensor) is arranged on the piston. This sensor is used to record a water temperature. The temperature sensor thus detects the temperature of the water, which can be displayed to the user on the display element.
  • a heating unit (also referred to as a heating system or heating regulator) is arranged in the housing.
  • the cylinder is thus heated when the espresso machine is in operation in order to minimize the cooling of the hot water that has been filled in.
  • This can be done via a heating wire located on or in the wall of the portafilter or the cylinder, the heat of which radiates onto the cylinder.
  • it can also be done via an induction coil located on or in the wall of the portafilter, which heats the cylinder, which in this case is electrically conductive, via an alternating magnetic field.
  • the heating system or a further heating system can be arranged on the piston and especially on a rear side of the piston roof.
  • the heating wire or induction coil arranged on the cylinder is used in particular by the bayonet mechanism:
  • the "ears", also known as collars, on the portafilter or the cylinder preferably have contact surfaces with the heating wire on their underside, while a locking receptacle, in particular a bayonet receptacle, has the corresponding mating contacts,
  • the temperature sensor mentioned above can also be connected to a heating controller in order to maintain a predetermined temperature.
  • the linear drive and, additionally, the heating unit are regulated via the control unit as a function of the data transmitted by the temperature sensor and / or the pressure sensor and / or data are exchanged with or via the user interface.
  • the sensors are preferably connected to the control unit.
  • the espresso machine has at least one switching element in one embodiment.
  • a display element is provided on which operating parameters are displayed, e.g. during the brewing process.
  • the operating parameters can be understood to mean, for example, a piston speed and a status report on how far advanced the brewing process is.
  • the display element can either be designed as an analog-looking pointer instrument or as a digital display, furthermore optionally with a touch function.
  • the touch function can be understood to mean that the display element is a touchscreen, with the electromotive drive being able to be activated via the touchscreen as an alternative or in addition to the switching element.
  • the pressure values of the pressure sensor can also be displayed on the display element.
  • the user can also manually control the pressure and piston speed during the brewing process.
  • the piston speed can thus be adjusted via the control unit in such a way that a predetermined pressure is reached.
  • the direction of movement of the piston is controlled, for example, via a toggle switch, while the piston speed, for example can be set using a separate rotary knob.
  • Information relevant to device service such as motor temperature, current flow, operating hours and the like, can also be displayed on the display element.
  • the control unit has a memory which is set up to store different predefined or user-specific brewing profiles and control loops resulting therefrom.
  • the brewing profiles here have in particular piston pressure values (e.g. blooming pressure and / or extraction pressure), minimum and maximum pressure values, blooming and extraction times, water temperatures and / or piston speeds at which the respective brewing process should take place.
  • the display and in particular the selection of the individual brewing profiles take place via the display element and / or the switching element.
  • the brewing profiles can also be recorded in the form of piston pressure and / or piston speed profiles. These brewing profiles can be displayed and run through again later.
  • the brewing profiles can also be recorded or accessed on external storage media (e.g. USB sticks) via the user interface.
  • a user interface is provided by means of which data can be transferred from an external storage medium to the control unit or vice versa.
  • an external programming interface can be provided via an IP interface, e.g. a network interface, via which the control unit can be operated by an external program.
  • the cylinder screen has a length with a value in the range of 40 mm and 85 mm, especially 45 mm, 60 mm or 75 mm.
  • the piston can be moved by a distance with a value in the range of 40 mm and 85 mm, in particular in the range of 45 mm and 75 mm and especially by 40 mm, 55 mm or 70 mm in the feed direction.
  • the inside diameter of the cylinder is in the range from 50 mm to 60 mm and especially from 58 mm. This ensures that the espresso machine according to the invention is compatible with commercially available components.
  • the functional principle of the espresso machine can be described in simplified terms as follows:
  • the finely ground coffee powder is compressed in the cylinder with a so-called tamper and covered by an intermediate sieve.
  • the cylinder is then filled with hot water.
  • the cylinder is attached to or in the housing of the espresso machine with a bayonet lock.
  • the piston in the cylinder is lowered by a linear drive.
  • the hot water is pressed through the coffee powder and the sieve opening and ends up as an espresso in the cup below.
  • the speed of the piston can be determined via a rotary control and checked on the display unit.
  • the display unit is used to control the piston speed and thus the water through the coffee powder.
  • a pressure sensor on the underside of the piston measures the pressure in the cylinder and shows it on the display unit. Alternatively, however, the pressure can also be derived from the power consumption of the linear drive. With the help of the feedback on the display unit, the user can control the pressure and piston speed during the brewing process.
  • the piston speed and pressure can be controlled using automated control loops or manually using the rotary control.
  • the piston can be stopped by operating a switching element, unless an automated control circuit is used in which the brewing process is automatically ended.
  • the cup can now be removed and the espresso can be enjoyed.
  • the piston can be moved further down - the escaping liquid can be collected in a container placed under the cylinder sieve.
  • the piston can then be returned to its original position.
  • the coffee powder is usually relatively dry-pressed at this point, so that it can be easily knocked out of the cylinder.
  • the cylinder and the intermediate sieve can then be removed and cleaned.
  • the bottom of the flask can be wiped with a damp cloth.
  • the power can be transmitted directly from the linear drive to the piston. Alternatively, it can also take place indirectly, for example via a lever mechanism.
  • the linear drive is arranged, for example, parallel to the piston and acts on the power arm of a two-armed lever.
  • the load arm is connected to the piston, which is moved into the cylinder when the linear drive is extended.
  • linear drives can also be used in parallel, which then act on the piston via a common axis.
  • the linear drive (s) used can be of an electrical, pneumatic or hydraulic type.
  • Pre-infusion comprising one of the three following steps:
  • Extraction comprising the following step:
  • the brewing process can be ended automatically after a predetermined extraction time, when a defined minimum extraction pressure is reached or after moving the piston a predefined distance during the extraction.
  • the minimum pressure can be detected by the pressure sensor.
  • one or more of the following parameters can be or are stored in a brewing profile on an internal memory of the espresso machine and are used to regulate the brewing process:
  • the predetermined blooming pressure and / or the predetermined blooming time • The predetermined maximum extraction pressure and / or the predetermined minimum extraction pressure and the course between the two values
  • FIG. 1 shows an espresso machine according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 3 shows the espresso machine according to the invention according to a third embodiment
  • FIG. 5 shows the espresso machine according to the invention according to a fourth embodiment
  • FIG. 6 shows the espresso machine according to the invention according to a fifth embodiment
  • FIG. 7 shows a sketched representation of a diagram including the piston profile during a brewing process according to a first embodiment
  • FIG. 8 shows a sketched representation of a diagram including the piston profile during a brewing process according to a second embodiment
  • FIG. 9 shows a sketched representation of a diagram including the piston profile during a brewing process according to a third embodiment
  • 10 shows a sketched representation of a diagram including the piston profile during a brewing process according to a fourth embodiment
  • FIG. 11 shows a sketched representation of a diagram including the piston profile during a brewing process according to a fifth embodiment
  • FIG. 12 shows a sketched representation of a diagram including the piston profile during a brewing process according to a sixth embodiment.
  • the espresso machine 2 according to the invention shown in FIG. 1 has a housing 4.
  • the embodiment shown in FIG. 1 is an espresso machine with a stand 6 for receiving a cup 8, shown only schematically.
  • the espresso machine can also have a wall bracket (not shown) for wall mounting.
  • the espresso machine 2 has a cylinder sieve 10 seated within the housing 4 and removable from it, which serves to hold water 12 and coffee powder 14, the cylinder sieve 10 and housing 4 having a lock 26, in particular a bayonet lock, for the reversible arrangement of the cylinder sieve 10 in the housing 4.
  • an intermediate sieve 16 is arranged within the cylinder sieve 10 and, in particular, can be inserted in order to separate the water 12 from the coffee powder 14.
  • the ground coffee powder 14 is first filled in and pressed. Subsequently, the intermediate sieve 16 is placed on the coffee powder 14 and then the heated water 12 is poured into the cylinder sieve 10.
  • the espresso machine 2 also has a piston 18 which can be moved into the cylinder sieve 10 in a feed direction V and out of the cylinder sieve 10 counter to a feed direction V.
  • a piston 18 which can be moved into the cylinder sieve 10 in a feed direction V and out of the cylinder sieve 10 counter to a feed direction V.
  • an electromotive drive 20 which is designed in particular as a linear drive.
  • the first embodiment of the espresso machine 2 as shown in FIG. 1, has a NEN pressure sensor 22, which detects the pressure exerted on the water 12 by the piston 18 or the electric motor drive 20.
  • the piston 18 moves in the feed direction V and presses the water 12 through the coffee powder 14, so that the espresso that is produced as a result flows into the cup 8 located below the cylinder sieve 10.
  • the espresso machine 2 is shown according to a second embodiment.
  • the espresso machine 2 corresponds to the espresso machine 2 according to the first embodiment already shown in FIG. 1.
  • the espresso machine 2 has a portafilter 24 which can be arranged in the housing 4 and can also be removed therefrom.
  • the cylinder screen 10 can be arranged or arranged within the portafilter 24, the portafilter 24 and housing 4 having a lock 26, in particular a bayonet lock, for the reversible arrangement of the portafilter in the housing 4.
  • the portafilter 24 gives the arrangement additional stability and has a handle (not shown) with which it can be easily inserted into the machine and removed again.
  • the espresso machine 2 also has a heating unit 28.
  • the heating unit 28 for its part has a heating element 30 which, in the third embodiment, is designed as a heating coil made from a heating wire.
  • the heating element 30 is here wrapped around the filter holder 24, but can alternatively also be wrapped directly around the cylinder sieve 10.
  • the heating element 30 of the heating unit 28 is designed as an inductive heating element.
  • contact elements 32 are provided, which are designed in such a way that a contact element 32 is arranged on a closure receptacle 34 and a corresponding contact element 32 is arranged on a collar 36 of the cylinder screen 10 or the screen holder 24.
  • FIG. 4 shows a section of the espresso machine according to the third embodiment, in which part of the housing 4 is only represented by a frame.
  • the Contact elements 32 and thus the heating element 30 are electrically connected to a heating controller 38 via lines 40.
  • an additional piston heating element 42 is provided, which is connected to the heating regulator 38.
  • the piston 18 can be heated in order to heat the water 12 and / or to keep it at a constant temperature.
  • the piston heating element 42 is part of the heating unit 28.
  • the espresso machine 2 shows the espresso machine 2 according to a fifth embodiment.
  • the fifth embodiment builds on the fourth embodiment already described (see FIG. 5).
  • the espresso machine 2 has a temperature sensor 44 which is designed to detect the water temperature and which transmits this information to the heating controller 38 in the form of a signal. This makes it possible, in addition to simply heating the water, to implement monitoring and thus a setting as a function of the monitored water temperature.
  • the espresso machine 2 has a display element 46 in the form of a display that is arranged on an outside of the housing 4.
  • the display element 46 is used to display parameters already described above, such as the pressure exerted by the piston 18, the speed of the piston, the water temperature, and / or the amount of espresso flowing into the cup 8.
  • brewing profiles can be displayed.
  • the espresso machine 2 has at least one switching element 48.
  • the espresso machine 2 has two switching elements 48, namely a pressure switch 48a and a rotary switch 48b.
  • the pressure switch 48a is used to activate a brewing profile and thus the electromotive drive 20.
  • the rotary switch 48b is used to set a pressure or a feed rate of the electromechanical drive 20 and thus of the piston 18.
  • a control unit 50 is provided, which is arranged within the housing 4 of the espresso machine 2.
  • the control unit 50 is such on the one hand set up to control the electric motor drive 20 as a function of the specified piston speed and to regulate a brewing process using predefined or user-specific brewing profiles and to use the recorded cylinder pressure and an adjustable piston speed, also called feed speed, of the piston 18 as control variables.
  • the control unit 50 is connected to a memory 52 which is set up to store different brewing profiles.
  • a brewing profile can contain predefined brewing phases with defined pressure profiles, minimum and maximum pressure values, piston speed profiles and travel distances and time spans, the next phase being activated when one or more defined threshold values are reached.
  • control unit 50 is electrically connected to the heating controller 38 and to the electromechanical drive 20.
  • the espresso machine also has a user interface 60 via which an external storage medium, for example a USB stick, can be connected to the espresso machine 2. This makes it possible, for example, to transfer the above-mentioned and recorded parameters of a brewing process to the external storage medium as part of a brewing profile and / or, on the other hand, to transfer a brewing profile stored on the external storage medium to the memory 52.
  • an external storage medium for example a USB stick
  • FIG. 7 a course of a brewing process, as it can be stored, for example, in a brewing profile, is shown on the basis of a feed / time diagram according to a first embodiment.
  • the line shown with the reference numeral 62 indicates the path (also advance) of the piston 18 which the piston 18 travels during the individual sections.
  • the line marked with the reference numeral 64 represents the pressure exerted by the piston 18 during the individual sections of the brewing process.
  • the line marked with the reference numeral 66 represents the amount of espresso emerging from the cylinder sieve (also called output 66) during of the individual sections of the brewing process.
  • Reference 68 denotes the maximum pressure defined in the brewing profile.
  • the path 62 of the piston 18 and the output 66 run essentially the same or parallel, whereby a certain piston path must first be covered until the water 12 has penetrated the coffee powder 14 and emerges as an espresso on the underside of the cylinder sieve 10.
  • the so-called pre-infusion the water column 12, which is initially above the coffee powder 14, is passed through Movement of the piston 18 in the feed direction V is pressed into the coffee powder 14. This process usually takes a few seconds, but depending on the degree of grinding and brewing profile, it can also take a significantly shorter or longer time.
  • the pressure 64 exerted by the piston 18 in the cylinder 10 increases continuously until the maximum permissible pressure 68 stored in the brewing profile is reached.
  • the piston speed can already be reduced. After reaching the maximum pressure value 68, the advancing speed of the piston 18 can be kept constant. Due to the erosion of the pressed coffee powder 14, the pressure decreases continuously during the brewing process.
  • the extraction can be ended automatically or manually after reaching a certain time or when a certain output amount is reached according to the brewing profile. The extraction usually takes 20 to 30 seconds, but it can be shorter or longer depending on the degree of grinding and the brewing profile.
  • the pressure 64 is continuously increased by moving the piston 18 until the maximum pressure 68 is reached, as has already been described in FIG. 7. In the subsequent section of the extraction, however, the pressure 64 is kept constant by increasing the advancing speed of the piston 18 by regulating the motor accordingly.
  • a minimum pressure value 70 defined in the brewing profile can expediently bring about an automatic stop of the brewing process.
  • the brewing process can be ended automatically after measurement of a piston pressure 64 that is constant over time and does not change significantly.
  • the method in FIG. 10 corresponds in parts to the method described in FIG. 7, but there is also a so-called "blooming" section, which is arranged temporally after the pre-infusion and before the actual extraction Advance of the piston 18 is pressed into the still dry coffee powder 14. While the coffee powder 14 is being moistened and in particular when it reaches the sieve on the Bottom of the cylinder 10 through the water 12, the pressure 64 in the interior of the cylinder 10 rises steeply. The point in time when the water column 12 reaches the cylinder sieve can thus be determined by a rapid increase in pressure. For the pre-infusion, however, the piston 18 can also only be moved by a defined distance in the feed direction.
  • the piston 18 remains stationary for a previously defined period of time, as can be seen in FIG. 10 with the aid of the line represented by reference numeral 62. During this time, further moisture penetration and swelling of the coffee powder 14 takes place, as a result of which the solubility of the coffee powder 14 and ultimately the extraction is improved.
  • the pressure 64 located inside the cylinder 10 and built up during the pre-infusion can only escape slightly during this time, so that after 30 seconds a pressure of at least 1-2 bar is typically still present.
  • the blooming phase usually lasts 20 to 60 seconds, but it can also last longer or shorter depending on the degree of grinding and the brewing profile.
  • the piston 18 is moved further in the feed direction V while maintaining the maximum pressure.
  • FIG. 1 A particular type of blooming is described in FIG.
  • the path 62 of the piston 18 after the pre-infusion runs counter to the feed direction V.
  • the piston 18 - as already described above - for decompressing the coffee powder 14 counter to the Feed direction V is moved and then - after setting the blooming pressure or a predetermined distance by which the piston 18 moves back - remains in this "retracted position" for the remainder of the blooming time.
  • the remaining sections, pre-infusion and extraction correspond to the sections of the brewing process already described in FIGS. 7 to 9 and are again shown graphically here with the aid of the diagram.
  • the phase of the “puck decompression” can thus be seen in the “blooming” section, the term “puck” being understood as the pressed coffee powder 14 within the cylinder 10, as already mentioned above
  • the blooming process can be optimized, since the decompression allows the carbon dioxide contained in the puck to escape more easily.
  • 12 describes the brewing profile of a brewing process which is specially designed for coarsely ground coffee powder 14, as is available, for example, packaged in supermarkets.
  • the piston 18 is moved at a relatively high speed in the feed direction V during the pre-infusion in order to generate a relatively high pressure of preferably 11 bar, but at least over 9 bar, due to the compression of the coffee powder 14 that takes place.
  • This pressure peak can be seen from the line identified by the reference numeral 64. Due to the rapid pressing in the feed direction V, the coffee powder 14 is compressed in such a way that the penetration of the water 12 through the coffee powder 14 is slowed down and ultimately results in a relatively high extraction pressure level of preferably approx. 9 bar. The slower flow rate of the water 12 and the relatively high pressure favor a better extraction than would be the case without pre-compression.

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Abstract

Es wird eine Espressomaschine (2) sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Espressomaschine (2) angegeben, die ein Gehäuse (4), ein innerhalb des Gehäuses (4) einsetz bares oder an dem Gehäuse (4) anord bares oder angeordnetes Zylindersieb (10), zur Aufnahme von Wasser (12) und Kaffeepulver (14), insbesondere Espressopulver, ein Zwischensieb (16), das im Zylindersieb (10) entnehmbar angeordnet ist, zum räumlichen Trennen des Wassers (12) von dem Kaffeepulver (14) innerhalb des Zylindersiebes (10) sowie einen Kolben (18), der in einer Vorschubrichtung (V) bewegbar ist, zum Hindurchdrücken des Wassers (12) durch das Kaffeepulver (14) aufweist. Zudem ist der Kolben (18) mit einem elektromotorischen Antrieb (20), insbesondere einem Linearantrieb zum Verfahren in Vorschubrichtung (V) verbunden. Ferner ist an dem Kolben (18) ein Drucksensor (22) angeordnet, zur Erfassung eines Kolbendruckes.

Description

Espressomaschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Espressomaschine sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Espressomaschine.
In einer herkömmlichen Espressomaschine wird Wasser in einem meistens elektrisch beheizten Kessel oder Wärmetauscher auf etwa 90 °C erhitzt und unter etwa 9 bar Druck durch fein gemahlenes, komprimiertes Kaffeepulver, insbesondere Espressopulver geleitet. Der Druck wird üblicherweise manuell durch einen Hebel oder durch eine elektrische Pumpe erzeugt.
Eine spezielle Art einer Espressomaschine wurde in den 1950er Jahren entwickelt: Diese nutzt einen manuell betriebenen Hebelmechanismus, um zuvor extern, beispielsweise mit einem Wasserkocher erhitztes Wasser in einem Zylinder durch das Kaffeepulver zu pressen. Wasser und Kaffeepulver werden dabei im Zylinder durch ein Zwischensieb voneinander getrennt. Das Zwischensieb dient dabei dazu, eine Verwirbelung des Kaffeepulvers beim Einfüllen des Wassers zu vermeiden und es von der Wassersäule zu trennen. Von dieser Espressomaschine existieren bereits Neuauflagen und Weiterentwicklungen. Vorteilhaft ist bei vorstehend beschriebener Espressomaschine vor allem die Einfachheit des Gerätes: Es gibt nur wenige Teile, die so gut wie nie gewartet werden müssen. Der kompakte Brühteil besteht im Wesentlichen aus einem Zylinder, dessen eine Seite von einem Sieb abgeschlossen wird, einem Kolben und einem Zwischensieb. Diese Komponenten können alle sehr einfach gereinigt werden und es besteht keine Gefahr einer Verkalkung.
Nachteilig bei dieser Espressomaschine ist, dass der Anwender beim Brühprozess mit manueller Kraft die Hebel betätigen muss. In der Regel ist die hierfür benötigte Kraft so hoch, dass sich der Anwender mit dem Körper über das Gerät beugen muss, um den nötigen Druck zu erzeugen. Dieser manuelle Prozess ist in der Regel nicht genau reproduzierbar und der gewonnene Espresso im Ergebnis immer unterschiedlich. Eine Optimierung des Brühprozesses in Bezug auf Duck und Flussgeschwindigkeit ist so schwer möglich.
Nachteilig dabei ist weiterhin, dass man somit keine Sicht auf den austretenden Espresso auf der Unterseite des Gerätes hat. Gerade dies ist der schönste und unter Kennern aufregendste Moment während der Espressoerzeugung, da er Aufschluss über die Qualität des Getränkes gibt und der Fluss des frisch austretenden Espressos eine gewisse Faszination auslöst.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Espressomaschine sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Espressomaschine bereitzustellen, die einfach, kraftschonend und reproduzierbar betrieben werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Espressomaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Mit Blick auf das Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen sowie Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
Konkret wird die Aufgabe gelöst durch eine Espressomaschine, die ein Gehäuse aufweist.
Weiterhin weist die Espressomaschine ein innerhalb des Gehäuses einsetzbares oder am Gehäuse anordbares oder angeordnetes Zylindersieb, welches nachfolgend auch vereinfacht als Zylinder bezeichnet wird, auf, zur Aufnahme von Kaf- feepulver, insbesondere Espressopulver und Wasser. Der Zylinder kann einen Verschluss, insbesondere einen Bajonettverschluss aufweisen. Der Verschluss dient der reversiblen Verriegelung in bzw. an dem Gehäuse insbesondere während des Brühvorgangs. Darüber hinaus weist der Zylinder typischerweise einen Griff auf, mit dem er sich leicht in die Maschine einsetzen bzw. an die Maschine anbringen und wieder entnehmen lässt.
Zudem weist die Espressomaschine ein Zwischensieb auf, das im Zylinder und speziell innerhalb des Zylinders entnehmbar angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das Zwischensieb in den Zylinder einlegbar, zur räumlichen Trennung des Kaffeepulvers von dem Wasser, wenn sich beides innerhalb des Zylinders befindet. Hierzu wird im Rahmen des Brühvorgangs das Zwischensieb üblicherweise auf dem in den Zylinder zuerst eingefüllten Kaffeepulver angeordnet, um ein Aufwirbeln des Kaffeepulvers beim Eingießen des Wassers zu verhindern. Das in den Zylinder eingefüllte Wasser kann auch als Wassersäule bezeichnet werden. Das Zwischensieb ist im Wesentlichen aus einem perforierten, kreisrunden Metallplättchen, in dessen Mitte eine kleiner Griff-Pin angebracht ist, ausgebildet. Das Zwischensieb kann durch ein darunter angeordnetes Papierfilter ergänzt oder weiterhin alternativ hierzu sogar ersetzt werden.
Das Zwischensieb sowie das Zylindersieb sind zum Reinigen aus dem Gehäuse entnehmbar. Insbesondere sind alle in das Gehäuse einsetzbaren oder anbringba- ren Teile der Espressomaschine aus dieser entnehmbar, sodass eine einfache Reinigung der einzelnen Teile und insbesondere des Zwischensiebes und des Zylindersiebes gewährleistet ist.
Die Espressomaschine weist weiterhin einen Kolben auf, der in einer Vorschubrichtung bewegbar ist, zum Hindurchdrücken der Wassersäule durch das Kaffeepulver, wodurch der hierdurch entstehende Espresso in eine unterhalb des Gehäuses, insbesondere unterhalb eines Motorgehäuses, welches nachstehend noch erläutert wird, angeordnete Tasse läuft. Die Tasse ist zweckdienlicherweise hierbei auf einem optionalen Standfuß unterhalb des Zylinders angeordnet. Der Kolben ist als Hubkolben ausgebildet. Ergänzend ist der Kolben auch entgegen der Vorschubrichtung bewegbar, um Druck in der Brühkammer abzubauen und nach einem Brühvorgang aus dem Zylinder herauszufahren. Erfindungsgemäß weist die Espressomaschine einen elektromotorischen Antrieb, insbesondere einen Linearantrieb auf, mit dem der Kolben zum Verfahren in Vorschubrichtung verbunden ist. Unter verbunden kann hierbei verstanden werden, dass der elektromechanische Antrieb auf den Kolben wirken kann, um diesen in und entgegen der Vorschubrichtung zu verfahren. Der elektromotorische Antrieb kann in dem bereits vorstehend erwähnten Motorgehäuse angeordnet sein. Der elektromotorische Antrieb weist vorzugsweise eine Leistung von mindestens 100 Watt, mindestens 200 Watt und eine maximale Leistung von 300 Watt auf. Für eine elektrische Versorgung des elektromotorischen Antriebs weist die Espressomaschine ein Netzteil auf, welches an eine herkömmliche (Haushalts-)Stromver- sorgung angeschlossen werden kann.
Ferner weist die Espressomaschine erfindungsgemäß einen an dem Kolben angeordneten Drucksensor auf, bei dem es sich bevorzugt um einen elektronischen Drucksensor handelt. Der Drucksensor dient der Erfassung eines Kolbendruckes. Über den Drucksensor, der vorzugsweise auf der Unterseite, also der der Wassersäule zugewandten Seite des Kolbens angeordnet ist, wird der Druck im Zylinder gemessen und die Druckwerte werden an eine noch im weiteren Verlauf der Anmeldung beschriebenen Steuereinheit geleitet. Alternativ kann der Druck jedoch auch aus dem Stromverbrauch des Linearantriebs abgeleitet werden.
Der ermittelte Druck wird von der Steuereinheit zur Regelung von Geschwindigkeit und Verfahrrichtung des Kolbens verwendet. So wird beispielsweise vermieden, dass während des Vorschubs der zuvor definierte maximal zulässige Druckwert überschritten wird. Des Weiteren können spezifische Brühprofile abgefahren werden, bei denen die Vorschubgeschwindigkeit druckabhängig geregelt wird. Ein Brühprofil enthält dabei definierte Brühphasen mit definierten Druckverläufen, Kolbengeschwindigkeitsverläufen und/oder Zeitspannen, wobei bei Erreichen eines oder mehrerer festgelegter Schwellenwerte die jeweils nächste Phase aktiviert wird.
Zudem ist die Steuereinheit mit einem Speicher verbunden, um unterschiedliche Brühprofile zu speichern und abzurufen.
Die Neuartigkeit liegt darin, dass die Wassersäule mittels des als Linearantrieb ausgebildeten elektromotorischen Antriebs durch das Kaffeepulver gepresst wird und somit steuerbar und reproduzierbar ist. Der Kolben muss also nicht mehr, wie bei den eingangs beschriebenen Espressomaschinen manuell betätigt werden. Der im Inneren des Zylinders gemessene Druck wird zur Regelung der Kolbengeschwindigkeit anhand vordefinierter Brühprofile verwendet. Über Regelschleifen kann so der Brühvorgang somit automatisiert werden. Hierdurch ist es ermöglicht, den für einen qualitativ hochwertigen Espresso richtigen Druckverlauf, mit dem die Wassersäule durch das Kaffeepulver hindurchgedrückt wird, optimiert und reproduzierbar einzustellen.
Während des Brühvorganges kann der Anwender zudem den Austritt des Espressos aus der Brühgruppe, welche aus den Komponenten Zylindersieb und Zwischensieb gebildet wird, beobachten. Im Anschluss ist es möglich, auf einfache Art und Weise alle mit Kaffeepulverpulver, Wasser und dem daraus gebrühten Espresso in Berührung gekommenden Teile zu reinigen.
Da die erfindungsgemäße Espressomaschine elektrisch betrieben wird, bietet sie weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen, die nachfolgend näher beschrieben werden.
In einer Ausführungsform weist das Gehäuse einen Standfuß zum Hinstellen der Espressomaschine und/oder eine Wandhalterung zur Anordnung der Espressomaschine an einer Wand auf. Die Tasse kann im Betrieb beispielsweise auf den Standfuß und damit unter den Zylinder gestellt werden. Sofern die Espressomaschine sowohl einen Standfuß als auch eine Wandhalterung aufweist, kann der Standfuß abnehmbar an dem Gehäuse angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist in bzw. an dem Gehäuse ein von diesem entnehmbarer Siebträger angeordnet, in dem der Zylinder anordbar und/oder angeordnet ist, wobei der Siebträger einen Verschluss, insbesondere einen Bajonettverschluss aufweist. Der Verschluss dient der reversiblen Verriegelung in dem Gehäuse insbesondere während des Brühvorgangs. Im eingesetzten Zustand ist der Zylinder somit im Siebträger aufgenommen. Dies erhöht die Stabilität der Espressomaschine, insbesondere hinsichtlich des während des Brühvorgangs auftretenden hohen Druckes. Darüber hinaus weist der Siebträger typischerweise einen Griff auf, mit dem er sich leicht in die Maschine einsetzen und wieder herausnehmen lässt.
In einer Ausführungsform weist die Espressomaschine eine Steuereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, den Brühvorgang anhand des gemessenen Zylinderdruckes (auch Kolbendruck genannt), und der einstellbaren Kolbengeschwindigkeit zu regeln. Somit kann im Sinne einer Regelung und nach Art eines „Feedback-Loops" durch den erfassten Zylinderdruck während des Brühvorgangs eine kontinuierliche Nachjustierung der Kolbengeschwindigkeit und des daraus resultierenden Zylinderdrucks erfolgen. Die Einstellung der Kolbengeschwindigkeit erfolgt in dieser Ausführung ebenfalls durch die Steuereinheit anhand eines z.B. auf dem Brühprofil gespeicherten Druckverlaufes oder einer vorbestimmten Geschwindigkeit. Die Steuereinheit ist daher ferner derart eingerichtet, in Abhängigkeit der vorgegebenen Kolbengeschwindigkeit den elektromotorischen Antrieb anzusteuern. Hier muss erwähnt werden, dass die Kolbengeschwindigkeit dynamisch anhand des Druckes eingestellt werden kann, wobei bestimmte Grenzwerte bzw. Sollwerte vorgegeben sein können.
Die Brühprofile weisen hierbei insbesondere Kolbendruckwerte (z. B. Bloomingdruck und/oder Extraktionsdruck), Minimal- und Maximaldruckwerte, Blooming- und Extraktionszeiten, Wassertemperaturen und/oder Kolbengeschwindigkeiten auf, mit denen der jeweilige Brühvorgang ablaufen soll.
Ein Brühprofil kann auch vordefinierte Brühphasen mit definierten Druckverläufen, Kolbengeschwindigkeitsverläufen und Zeitspannen enthalten, wobei bei Erreichen eines oder mehrerer festgelegter Schwellenwerte die jeweils nächste Phase aktiviert wird.
In einer Ausführungsform ist ein Kolbendruck innerhalb des Zylinders und /oder die Kolbengeschwindigkeit von einem Anwender manuell einstellbar. Das Hindurchpressen der Wassersäule durch das Kaffeepulver ist somit dynamisch verstellbar bzw. kontrollierbar, wodurch individuellen Bedürfnissen und Anforderungen des Anwenders Rechnung getragen wird, da der Extraktionsdruck einen wichtigen Beitrag zur Qualität des Espressos leistet.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit ferner derart eingerichtet, den Brühvorgang in zumindest zwei Brühabschnitte zu unterteilen, nämlich:
• eine Vorinfusion, bei der der Kolben in Vorschubrichtung bis zum Erreichen eines vorbestimmten Druckes oder einer vorbestimmten Wegstrecke verfahren wird, um das Kaffeepulver mit Wasser zu infiltrieren; • eine Extraktion, bei der das Extrahieren des Espressos durch ein weiteres Bewegen des Kolbens in Vorschubrichtung unter Einhaltung eines bestimmten Maximaldrucks erfolgt. Der Extraktionsdruck korreliert hierbei im Wesentlichen mit der Kolbengeschwindigkeit. Bei Überschreiten eines bestimmten Maximalwertes wird das Kaffeepulver so stark komprimiert, dass nur noch wenig oder gar kein Wasser mehr hindurchgepresst werden kann. Dieser Zustand soll durch die Einhaltung des Maximaldrucks vermieden werden. Die Steuereinheit ist so ausgeprägt, dass bei stetig steigendem Druck die Kolbengeschwindigkeit vor Erreichen des zuvor definierten Maximaldrucks reduziert wird, so dass der Druck den Maximalwert nicht übersteigt und der Motor nicht Gefahr läuft, in die Überlast zu fahren. Erfindungsgemäß liegt der Maximaldruck vorzugsweise bei 6 bar, 9 bar oder maximal bei 10,5 bar.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung so ausgebildet, dass die Kolbengeschwindigkeit während der Extraktion konstant bleibt. Der Extraktionsdruck nimmt dabei aufgrund der fortschreitenden Puck-Erosion kontinuierlich ab.
In einer anderen Ausführungsform wird der Druck während der Extraktion konstant gehalten, dazu steigt die Kolbengeschwindigkeit während der Extraktion kontinuierlich an.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit derart eingerichtet, den Brühvorgang in zumindest drei Brühabschnitte zu unterteilen, nämlich:
• eine Vorinfusion, bei der der Kolben in Vorschubrichtung bis zum Erreichen eines vorbestimmten Druckes oder einer vorbestimmten Wegstrecke verfahren wird, um das Kaffeepulver mit Wasser zu infiltrieren;
• ein Blooming, bei dem der Kolben während eines festgelegten Zeitraumes stillsteht, damit das das Kaffeepulver aufquellen kann sowie
• eine Extraktion, bei der das Extrahieren des Espressos durch ein weiteres Bewegen des Kolbens in Vorschubrichtung unter Einhaltung einer vorbestimmten Kolbengeschwindigkeit oder eines vorbestimmten Druckes erfolgt. Die Kolbengeschwindigkeit korreliert hierbei im Wesentlichen mit einem Extraktionsdruck des Kolbens, den dieser während dieses Abschnittes beim Bewegen in Vorschubrichtung ausübt. In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit derart eingerichtet, den Brühvorgang in zumindest drei Brühabschnitte zu unterteilen, nämlich:
• eine Vorinfusion, bei der der Kolben in Vorschubrichtung bis zum Erreichen eines vorbestimmten Druckes oder einer vorbestimmten Wegstrecke verfahren wird, um das Kaffeepulver mit Wasser zu infiltrieren;
• ein Blooming mit Dekompression, bei dem der Kolben zunächst um eine bestimmte Strecke entgegen der Vorschubrichtung verfahren wird und daraufhin während eines festgelegten Zeitraumes stillsteht, damit das das Kaffeepulver aufquellen und entgasen kann sowie
• eine Extraktion, bei der das Extrahieren des Espressos durch ein weiteres Bewegen des Kolbens in Vorschubrichtung unter Einhaltung einer vorbestimmten Kolbengeschwindigkeit oder eines vorbestimmten Druckes erfolgt. Die Kolbengeschwindigkeit korreliert hierbei im Wesentlichen mit einem Extraktionsdruck des Kolbens, den dieser während dieses Abschnittes beim Bewegen in Vorschubrichtung ausübt.
In dieser Ausführungsform ist die Steuereinheit derart eingerichtet, zu Beginn des Blooming-Abschnittes das Kaffeepulver zu dekomprimieren. In einer Weiterbildung ist die Steuereinheit derart eingerichtet, zum Dekomprimieren des Kaffeepulvers, den Kolben um eine vorbestimmte Wegstrecke entgegen der Vorschubrichtung zu bewegen oder einen vorbestimmten Bloomingdruck, der beispielsweise Null bar beträgt, durch ein Bewegen entgegen der Vorschubrichtung einzustellen.
Mit anderen Worten wird in bzw. während der Vorinfusion das trockene Kaffeepulver mit einem Teil des Wassers der Wassersäule gesättigt. Hierbei kann der Kolben beispielsweise eine Geschwindigkeit von bis zu 20 mm/s aufweisen. Sobald z.B. die Wassersäule durch das Kaffeepulver hindurch die Unterseite des Zylindersiebes erreicht und der Druck ansteigt, stoppt der Kolben vorzugsweise automatisch. Falls eine Drucksteigerung bei Erreichen des Zylindersiebes durch die Wassersäule nicht erfasst werden kann, soll alternativ hierzu die zurückgelegte Wegstrecke des Kolbens als Kriterium für einen Stopp des Kolbens herangezogen werden. Bei herkömmlichen, pumpenbetriebenen Espressomaschinen bleibt der während der Vorinfusion erzeugte Druck während des Bloomings weitgehend erhalten und sinkt nur leicht ab. Aufgrund dessen kann nur wenig des gelösten Kohlendioxids als Gas entweichen, vielmehr verbleibt es in der Kaffeelösung. Erfindungsgemäß bewegt sich der Kolben jedoch im Blooming-Abschnitt des Brühprozesses um die bereits erwähnte vorbestimmte Wegstrecke entgegen der Vorschubrichtung. Alternativ verfährt der Kolben entgegen der Vorschubrichtung, um einen vorbestimmten Bloomingdruck einzustellen. Vorzugsweise entspricht die vorgegebene Wegstrecke der Strecke, die der Kolben entgegen der Vorschubrichtung verfahren muss, bis innerhalb des Zylinders im Wesentlichen kein Druck mehr herrscht. Somit weist der Bloomingdruck vorzugsweise einen Wert im Bereich von 0 bar bis 1 bar auf. Der Druck innerhalb des Zylinders kann hierbei mittels des Drucksensors überwacht werden und für eine (Nach-)Regelung herangezogen werden. Das zuvor mit Wasser durchsetzte Kaffeepulver wird hierdurch dekomprimiert, was ein optimierteres Aufquellen des Kaffeepulvers sowie ein besseres Entweichen des CO2 ermöglicht.
Im Wesentlichen wird durch diese Optimierung des Bloomings ein Entspannen (Dekomprimieren) des Kaffeepulvers, sowie der oberhalb der Wassersäule vorhandenen Luft erreicht, wodurch ebenfalls das Entweichen des CO2 optimiert wird, während der Kolben stillsteht. Dies macht sich auch visuell durch ein durch „Blubbern" sichtbares Entgasen am Auslauf der Espressomaschine, also an dem Ende, an dem der Espresso in die Tasse läuft, bemerkbar.
Hierdurch werden die Qualität und damit verbunden auch der Geschmack des Espressos erhöht. Insbesondere wird durch eine bessere Durchfeuchtung des Kaffeepulvers eine gleichmäßigere Extraktion erreicht und der Espresso schmeckt durch das optimierte Entweichen des CO2 weniger sauer. Dies kann insbesondere bei sehr frisch gerösteten Kaffeebohnen vorteilhaft sein, da diese in der Regel besonders viel CO2 enthalten.
Ferner steht dem Nutzer durch eine mögliche, individuelle Einstellung der vorbestimmten Wegstrecke des Zurückfahrens oder des Bloomingdruckes ein weiterer Parameter zur Verfügung, um den Espresso zu personalisieren und an einen jeweiligen Geschmack anzupassen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit derart eingerichtet, den Brühvorgang in zumindest zwei Brühabschnitte zu unterteilen, nämlich: • eine Vorinfusion, bei der der Kolben mit hoher Geschwindigkeit in Vorschubrichtung verfahren wird, um einen Druck von über 9 bar zu erreichen und das Kaffeepulver zusätzlich zu komprimieren, während es mit Wasser infiltriert wird;
• eine Extraktion, bei der das Extrahieren des Espressos durch ein weiteres Bewegen des Kolbens in Vorschubrichtung unter Einhaltung eines Maximaldrucks von ca. 9 bar und einer bestimmten Kolbengeschwindigkeit erfolgt. Der Extraktionsdruck korreliert hierbei im Wesentlichen mit der Kolbengeschwindigkeit.
Die in dieser Ausführungsform vorgenommene Kompression des Kaffeepulvers zu Beginn des Brühvorganges kommt insbesondere der Extraktion von gröber gemahlenem Kaffeepulver, zum Beispiel von bereits vorgemahlenem, abgepacktem Kaffeepulver aus dem Supermarkt, zu Gute. Durch die Vorkompression wird ein insgesamt höherer Extraktionsdruck erreicht, was die Extraktion und den Geschmack des Kaffees vorteilhaft beeinflusst.
Bei allen oben genannten Ausführungsformen kann der Brühvorgang automatisch bei Erreichen eines vorbestimmten minimalen Extraktionsdrucks, einer vorbestimmten Extraktionszeit oder einer vorbestimmten Wegstrecke des Kolbens während der Extraktion beendet werden.
In einer zweckdienlichen Ausführungsform ist an dem Kolben ein Temperatursensor (auch als Temperaturfühler bezeichnet) angeordnet. Dieser Sensor dient der Erfassung einer Wassertemperatur. Der Temperaturfühler erfasst somit die Temperatur des Wassers, welche dem Anwender auf dem Anzeigeelement angezeigt werden kann.
In einer Ausführungsform ist in dem Gehäuse eine Heizeinheit (auch als Heizsystem oder Heizregler bezeichnet) angeordnet. Der Zylinder wird somit im Betrieb der Espressomaschine beheizt, um ein Abkühlen des eingefüllten heißen Wassers zu minimieren. Dies kann über einen sich an oder in der Wand des Siebträgers o- der des Zylinders befindlichen Heizdraht geschehen, dessen Wärme auf den Zylinder ausstrahlt. Es kann aber auch über eine sich an oder in der Wand des Siebträgers befindliche Induktionsspule geschehen, die den in diesem Fall elektrisch leitfähigen Zylinder über ein magnetisches Wechselfeld erhitzt. Weiterhin alternativ oder ergänzend kann das Heizsystem oder ein weiteres Heizsystem auf dem Kolben und speziell auf einer Rückseite des Kolbendaches angeordnet sein. Als elektrische Schnittstelle zwischen der Heizeinheit und dem am Siebträger oder dem Zylinder angeordneten Heizdraht bzw. Induktionsspule dient insbesondere der Bajonettmechanismus: Die „Ohren", auch als Kragen bezeichnet, am Siebträger oder dem Zylinder weisen vorzugsweise auf ihrer Unterseite Kontaktflächen zu dem Heizdraht auf, während eine Verschlussaufnahme, insbesondere eine Bajonettaufnahme die entsprechenden Gegenkontakte aufweist, welche zum Heizregler führen. Darüber hinaus kann der vorstehend erwähnte Temperaturfühler auch mit einem Heizregler verbunden sein, um eine vorgegebene Temperatur einzuhalten.
Über die Steuereinheit werden somit im Betrieb der Linearantrieb und weiterhin ergänzend die Heizeinheit in Abhängigkeit der von dem Temperatursensor und/oder dem Drucksensor übermittelten Daten geregelt und/oder Daten mit bzw. über die Benutzerschnittstelle ausgetauscht. Die Sensoren sind hierzu vorzugsweise mit der Steuereinheit verbunden.
Zum Aktivieren des elektromotorischen Antriebs und insbesondere zum Ein- bzw. Verstellen des Druckes und der Kolbengeschwindigkeit, weist die Espressomaschine in einer Ausführungsform zumindest ein Schaltelement auf. Weiterhin ist ein Anzeigeelement vorgesehen, auf dem Betriebsparameter z.B. während des Brühvorgangs angezeigt werden. Unter den Betriebsparametern kann hierbei beispielsweise eine Kolbengeschwindigkeit sowie eine Zustandsmeldung, wie weit fortgeschritten der Brühvorgang ist, verstanden werden. Das Anzeigeelement kann hierbei entweder als analog anmutendes Zeigerinstrument oder als digitale Anzeige, weiterhin optional mit einer Touchfunktion ausgebildet sein. Unter der Touchfunktion kann hierbei verstanden werden, dass es sich bei dem Anzeigeelement um einen Touchscreen handelt, wobei hierbei alternativ oder ergänzend zu dem Schaltelement die Aktivierung des elektromotorischen Antriebs über den Touchscreen erfolgen kann. Beispielsweise können auch die Druckwerte des Drucksensors auf dem Anzeigeelement angezeigt werden. Mit Hilfe der Anzeige z. B. der Kolbengeschwindigkeit und dem Druck kann der Anwender Druck und Kolbengeschwindigkeit während des Brühvorgangs auch manuell kontrollieren. Über die Steuereinheit kann somit die Kolbengeschwindigkeit derart angepasst werden, dass ein vorgegebener Druck erreicht wird.
Weiterhin alternativ wird die Bewegungsrichtung des Kolbens beispielsweise über einen Kippschalter gesteuert, während die Kolbengeschwindigkeit beispielsweise über einen gesonderten Drehknopf eingestellt werden kann. Auch für den Geräteservice relevante Informationen, wie etwa Motortemperatur, Stromfluss, Betriebsstunden und der gleichen können auf dem Anzeigeelement angezeigt werden.
In einer Weiterbildung weist die Steuereinheit einen Speicher auf, der derart eingerichtet ist, unterschiedliche vordefinierte oder nutzerspezifische Brühprofile und daraus resultierende Regelkreise zu speichern. Die Brühprofile weisen hierbei insbesondere Kolbendruckwerte (z. B. Bloomingdruck und/oder Extraktionsdruck), Minimal- und Maximaldruckwerte, Blooming- und Extraktionszeiten, Wassertemperaturen und/oder Kolbengeschwindigkeiten auf, mit denen der jeweilige Brühvorgang ablaufen soll. Die Anzeige und insbesondere die Auswahl der einzelnen Brühprofile erfolgen über das Anzeigeelement und/oder das Schaltelement. Weiterhin können die Brühprofile in Form von Kolbendruck und/oder -geschwindig- keitsprofilen auch aufgezeichnet werden. Diese Brühprofile können später wieder angezeigt und abgefahren werden. Ebenso können die Brühprofile über die Benutzerschnittstelle auf externe Speichermedien (z.B. USB-Sticks) aufgezeichnet werden bzw. abgerufen werden.
Weiterhin kann ergänzend vorgesehen sein, dass eine Benutzerschnittstelle vorgesehen ist, mittels der Daten von einem externen Speichermedium auf die Steuereinheit oder umgekehrt übertragen werden können. Ferner kann über ein IP- Interface, z.B. eine Netzwerkschnittstelle, eine externe Programmierschnittstelle vorgesehen sein, über die die Steuereinheit von einem externen Programm betrieben werden kann.
In einer Ausführungsform weist das Zylindersieb eine Länge mit einem Wert im Bereich von 40 mm und 85 mm, speziell von 45 mm, 60 mm oder 75 mm auf.
Alternativ oder ergänzend ist der Kolben um eine Wegstrecke mit einem Wert im Bereich von 40 mm und 85 mm, insbesondere im Bereich von 45 mm und 75 mm und speziell um 40 mm, 55 mm oder 70 mm in Vorschubrichtung verfahrbar.
Der Innendurchmesser des Zylinders beträgt einen Wert im Bereich von 50 mm bis 60 mm und speziell von 58 mm. Dadurch wird sichergestellt, dass die erfindungsgemäße Espressomaschine mit handelsüblichen Komponenten kompatibel ist. Zusammenfassend und allgemein lässt sich somit das Funktionsprinzip der Espressomaschine vereinfacht ausgedrückt wie folgt beschreiben:
Das fein gemahlene Kaffeepulver wird in dem Zylinder mit einem sogenannten Tamper komprimiert und von einem Zwischensieb abgedeckt. Der Zylinder wird daraufhin mit heißem Wasser aufgefüllt. Der Zylinder wird per Bajonett-Verschluss am oder im Gehäuse der Espressomaschine angebracht.
Durch Betätigen eines Schaltelements wird der Kolben im Zylinder per Linearantrieb nach unten gefahren. Das heiße Wasser wird so durch das Kaffeepulver und die Sieböffnung gepresst und landet als Espresso in der darunter stehenden Tasse. Die Geschwindigkeit des Kolbens kann über einen Drehregler bestimmt und auf Anzeigeeinheit kontrolliert werden. Die Anzeigeeinheit dient somit der Kontrolle der Kolbengeschwindigkeit und somit des Wassers durch das Kaffeepulver. Über einen Drucksensor auf der Unterseite des Kolbens wird der Druck im Zylinder gemessen und auf der Anzeigeeinheit angezeigt. Alternativ kann der Druck jedoch auch aus dem Stromverbrauch des Linearantriebs abgeleitet werden. Mithilfe des Feedbacks auf der Anzeigeeinheit kann der Anwender Druck und Kolbengeschwindigkeit während des Brühvorgangs kontrollieren. Die Kolbengeschwindigkeit und der Druck können anhand automatisierter Regelkreise oder manuell über den Drehregler gesteuert werden.
Nach Erreichen der gewünschten Menge an Espresso kann der Kolben durch Bedienen eines Schaltelements angehalten werden, sofern kein automatisierter Regelkreis, bei dem der Brühvorgang automatisch beendet wird, genutzt wird. Die Tasse kann nun entfernt und der Espresso genossen werden.
Zum Leeren des im Zylinder verbleibenden Wassers kann der Kolben weiter nach unten gefahren werden - die austretende Flüssigkeit kann in einem dafür unter das Zylindersieb gestellten Behälter aufgefangen werden. Anschließend kann der Kolben wieder in seine Ausgangsstellung gebracht werden. Das Kaffeepulver ist zu diesem Zeitpunkt in der Regel relativ trockengepresst, so dass es leicht aus dem Zylinder geklopft werden kann.
Im Anschluss kann der Zylinder samt Zwischensieb entnommen und gereinigt werden. Die Unterseite des Kolbens kann mit einem feuchten Tuch abgewischt werden. Die Kraftübertragung kann direkt vom Linearantrieb auf den Kolben erfolgen. Er kann aber auch alternativ indirekt erfolgen, beispielsweise über einen Hebelmechanismus. In diesem Fall ist der Linearantrieb beispielsweise parallel zum Kolben angeordnet und wirkt auf den Kraftarm eines zweiarmigen Hebels. Der Lastarm ist in diesem Fall mit dem Kolben verbunden, welcher beim Ausfahren des Linearantriebs in den Zylinder bewegt wird.
Des Weiteren können beispielsweise auch mehrere Linearantriebe parallel verwendet werden, die dann über eine gemeinsame Achse auf den Kolben wirken. Der bzw. die verwendeten Linearantriebe können elektrischer, pneumatischer o- der hydraulischer Art sein.
Mit Blick auf das Verfahren wird die Aufgabe konkret gelöst durch ein Verfahren, umfassend eine Phase der Vorinfusion, eine Phase der Extraktion und optional eine Phase des Bloomings, wie nachfolgend nummeriert aufgezählt dargestellt. Ergänzende Verfahrensschritte sind jeweils eingerückt zu jeder Phase des Brühvorgangs zusammenfassend erwähnt: Vorinfusion, umfassend einen der drei folgenden Schritte:
• Bewegen eines Kolbens in einer Vorschubrichtung zur Infiltration eines innerhalb eines Zylindersieb angeordneten Kaffeepulvers mit darüber angeordnetem Wasser um eine vorbestimmte Wegstrecke;
• Bewegen eines Kolbens in einer Vorschubrichtung zur Infiltration eines innerhalb eines Zylindersieb angeordneten Kaffeepulvers mit darüber angeordnetem Wasser, indem das Wasser durch den Kolben in das Kaffeepulver gedrückt wird, bis zum Erreichen eines vorbestimmten Drucks von unter 9 bar;
• Bewegen eines Kolbens in einer Vorschubrichtung zur Infiltration eines innerhalb eines Zylindersieb angeordneten Kaffeepulvers mit darüber angeordnetem Wasser, indem das Wasser durch den Kolben in das Kaffeepulver gedrückt wird, bis zum Erreichen eines vorbestimmten Drucks von über 9 bar, durch den das Kaffeepulver zusätzlich komprimiert wird; optionales Blooming, umfassend einen der beiden folgenden Schritte: Stillstand des Kolbens für eine vorbestimmte Zeit;
• Bewegen des Kolbens um eine vorbestimmte Wegstrecke oder zur Einstellung eines vorbestimmten Bloomingdruckes entgegen der Vorschubrichtung mit anschließendem Stillstand des Kolbens für eine vorbestimmte Zeit; Extraktion, umfassend den folgenden Schritt:
• Bewegen des Kolbens in Vorschubrichtung mit einer vorbestimmten oder anhand des Druckes dynamisch eingestellten Kolbengeschwindigkeit zum Extrahieren des Espressos, wobei der Maximaldruck vorzugsweise 6 bar, 9 bar oder maximal bei 10,5 bar beträgt.
Nach einer vorbestimmten Extraktionszeit, bei Erreichen eines definierten minimalen Extraktionsdruckes oder nach Bewegen des Kolbens um eine vordefinierte Wegstrecke während der Extraktion kann der Brühvorgang automatisch beendet werden.
Ausführungsformen des Verfahrens umfassen ergänzend die Schritte:
• Erfassen eines Kolbendruckes durch einen an dem Kolben angeordneten Drucksensor;
• Heranziehen des erfassten Kolbendruckes zu Regelung des Vorinfusionsdruckes, Bloomingdruckes und/oder des Extraktionsdruckes,
• Beenden des Brühvorganges nach einer vorbestimmten Zeit, bei Erreichen eines definierten Minimaldruckes oder nach Bewegen des Kolbens um eine vordefinierte Wegstrecke während der Extraktion. Der Minimaldruck kann hierbei von dem Drucksensor erfasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind einer oder mehrere der folgenden Parameter in einem Brühprofil auf einem internen Speicher der Espressomaschine hinterlegbar oder hinterlegt und werden zur Regelung des Brühvorgangs herangezogen:
• Die vorbestimmte Wegstrecke und/oder der vorbestimmte Infiltrationsdruck während der Vorinfusion;
Der vorbestimmte Bloomingdruck und/oder die vorbestimmte Bloomingzeit; • Der vorbestimmte maximale Extraktionsdruck und/oder der vorbestimmte minimale Extraktionsdruck und der Verlauf zwischen beiden Werten
• Der vorbestimmte minimale Extraktionsdruck, die vorbestimmte Extraktionszeit o- der die vordefinierte Wegstrecke des Kobens in Vorschubrichtung zum automatischen Beenden des Brühvorganges
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in teilweise stark vereinfachten Darstellungen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Espressomaschine gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 die erfindungsgemäße Espressomaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3 die erfindungsgemäße Espressomaschine gemäß einer dritten Ausführungsform,
Fig. 4 Detailausschnitt der erfindungsgemäßen Espressomaschine gemäß der dritten Ausführungsform,
Fig. 5 die erfindungsgemäße Espressomaschine gemäß einer vierten Ausführungsform,
Fig. 6 die erfindungsgemäße Espressomaschine gemäß einer fünften Ausführungsform,
Fig. 7 eine skizzierte Darstellung eines Diagramms inklusive des Kolbenverlaufs während eines Brühprozesses gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 8 eine skizzierte Darstellung eines Diagramms inklusive des Kolbenverlaufs während eines Brühprozesses gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 9 eine skizzierte Darstellung eines Diagramms inklusive des Kolbenverlaufs während eines Brühprozesses gemäß einer dritten Ausführungsform, Fig. 10 eine skizzierte Darstellung eines Diagramms inklusive des Kolbenverlaufs während eines Brühprozesses gemäß einer vierten Ausführungsform,
Fig. 11 eine skizzierte Darstellung eines Diagramms inklusive des Kolbenverlaufs während eines Brühprozesses gemäß einer fünften Ausführungsform sowie
Fig. 12 eine skizzierte Darstellung eines Diagramms inklusive des Kolbenverlaufs während eines Brühprozesses gemäß einer sechsten Ausführungsform.
In den Figuren sind gleichwirkende Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt.
Die in Fig. 1 gezeigte, erfindungsgemäße Espressomaschine 2 weist ein Gehäuse 4 auf. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform handelt es sich um eine Espressomaschine mit einem Standfuß 6 zur Aufnahme einer lediglich schematisch dargestellten Tasse 8. Alternativ oder ergänzend kann die Espressomaschine auch eine Wandhalterung (nicht gezeigt) zu einer Wandmontage aufweisen.
Weiterhin weist die Espressomaschine 2 ein innerhalb des Gehäuses 4 einsitzendes und aus diesem herausnehmbares Zylindersieb 10 auf, welches zur Aufnahme von Wasser 12 sowie Kaffeepulver 14 dient, wobei das Zylindersieb 10 und Gehäuse 4 einen Verschluss 26, insbesondere einen Bajonettverschluss, zur reversiblen Anordnung des Zylindersiebs 10 in dem Gehäuse 4 aufweisen. Weiterhin ist ein Zwischensieb 16 innerhalb des Zylindersiebes 10 angeordnet, und insbesondere einlegbar, um das Wasser 12 von dem Kaffeepulver 14 zu trennen. Hierbei wird beispielsweise beim Befüllen des Zylindersiebes 10 zuerst das gemahlene Kaffeepulver 14 eingefüllt und verpresst. Anschließend wird das Zwischensieb 16 auf das Kaffeepulver 14 gelegt und dann das erhitzte Wasser 12 in das Zylindersieb 10 gegossen.
Die Espressomaschine 2 weist weiterhin einen Kolben 18 auf, der in einer Vorschubrichtung V in das Zylindersieb 10 hinein und entgegen einer Vorschubrichtung V aus dem Zylindersieb 10 herausfahrbar ist. Um die Verfahrbarkeit des Kolbens 18 auszubilden, ist dieser an einem elektromotorischen Antrieb 20, der insbesondere als ein Linearantrieb ausgebildet ist, angeordnet. Die erste Ausführungsform der Espressomaschine 2, wie sie gemäß Fig. 1 dargestellt ist, weist ei- nen Drucksensor 22 auf, der den von dem Kolben 18 bzw. dem elektromotorischen Antrieb 20 ausgeübten Druck auf das Wasser 12 erfasst. Im Betrieb verfährt der Kolben 18 in Vorschubrichtung V und drückt das Wasser 12 durch das Kaffeepulver 14 hindurch, so dass der hierdurch entstehende Espresso in die unterhalb des Zylindersiebes 10 stehende Tasse 8 fließt.
In Fig. 2 ist die Espressomaschine 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Im Wesentlichen entspricht hierbei die Espressomaschine 2, der bereits in Fig. 1 gezeigten Espressomaschine 2 gemäß der ersten Ausführungsform. Ein Unterschied zu der ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Espressomaschine 2 einen Siebträger 24 aufweist, der in dem Gehäuse 4 anordbar und aus diesem auch entnehmbar angeordnet ist. Das Zylindersieb 10 ist gemäß dieser Ausführungsform innerhalb des Siebträgers 24 anordbar bzw. angeordnet, wobei der Siebträger 24 und Gehäuse 4 einen Verschluss 26, insbesondere einen Bajonettverschluss, zur reversiblen Anordnung des Siebträgers in dem Gehäuse 4 aufweisen. Der Siebträger 24 verleiht der Anordnung zusätzliche Stabilität und weist einen Griff (nicht dargestellt) auf, mit dem er sich leicht in die Maschine einset- zen und wieder entfernen lässt.
Bei der Espressomaschine 2 gemäß einer dritten Ausführungsform, wie sie in Fig.3 gezeigt ist, weist diese zusätzlich eine Heizeinheit 28 auf. Die Heizeinheit 28 weist ihrerseits ein Heizelement 30 auf, das in der dritten Ausführungsform als eine Heizspirale aus einem Heizdraht ausgebildet ist. Das Heizelement 30 ist hierbei um den Siebträger 24 gewickelt, kann alternativ jedoch auch direkt um das Zylindersieb 10 gewickelt sein. Weiterhin alternativ ist das Heizelement 30 der Heizeinheit 28 als ein induktives Heizelement ausgebildet. Zur elektrischen Kontaktierung und somit elektrischen Versorgung des Heizelements 30 sind Kontaktelemente 32 vorgesehen, die derart ausgebildet sind, dass jeweils ein Kontaktelement 32 an einer Verschlussaufnahme 34 und ein hierzu korrespondierendes Kontaktelement 32 an einem Kragen 36 des Zylindersiebes 10 oder des Siebträgers 24 angeordnet ist. Beim Anordnen des Zylindersiebes 10 oder des Siebträgers 24 mittels des Verschlusses 26 in dem Gehäuse 4 erfolgt somit eine elektrische Kontaktierung.
Zur besseren Erkennbarkeit der elektrischen Anschlüsse zeigt Fig. 4 einen Ausschnitt der Espressomaschine gemäß der dritten Ausführungsform, bei dem ein Teil des Gehäuses 4 lediglich durch einen Rahmen dargestellt ist. Hierbei sind die Kontaktelemente 32 und somit das Heizelement 30 mit einem Heizregler 38 elektrisch über Leitungen 40 verbunden.
Weiters ist in Fig. 5 bei der Espressomaschine 2 gemäß der vierten Ausführungsform zusätzlich zu der Espressomaschine 2 gemäß der dritten Ausführungsform (vgl. Fig. 3) ein zusätzliches Kolbenheizelement 42 vorgesehen, das mit dem Heizregler 38 verbunden ist. Hierdurch kann neben einer Erwärmung des Zylindersiebes 10 und/oder des Siebträgers 24 eine Erwärmung des Kolbens 18 erfolgen, um das Wasser 12 zu erhitzen und/oder auf einer konstanten Temperatur zu halten. Das Kolbenheizelement 42 ist Teil der Heizeinheit 28.
Fig. 6 zeigt die Espressomaschine 2 gemäß einer fünften Ausführungsform. Die fünfte Ausführungsform baut hierbei auf der bereits beschriebenen vierten Ausführungsform (vgl. Fig. 5) auf. Gemäß der fünften Ausführungsform weist die Espressomaschine 2 einen Temperatursensor 44 auf, der zur Erfassung der Wassertemperatur ausgebildet ist und diese Informationen in Form eines Signals an den Heizregler 38 übermittelt. Hierdurch ist es ermöglicht, neben eines bloßen Erhit- zens des Wassers auch eine Überwachung und somit eine Einstellung in Abhängigkeit der überwachten Wassertemperatur zu realisieren.
Ferner weist die Espressomaschine 2 in den genannten Ausführungsformen ein Anzeigeelement 46 in Form eines Displays auf, dass an einer Außenseite des Gehäuses 4 angeordnet ist. Das Anzeigeelement 46 dient eine Anzeige von bereits vorstehend beschriebenen Parametern, wie beispielsweise des vom Kolben 18 ausgeübten Drucks, der Geschwindigkeit des Kolbens, der Wassertemperatur, und/oder der Menge an in die Tasse 8 einlaufenden Espressos. Darüber hinaus können Brühprofile angezeigt werden.
Zudem weist die Espressomaschine 2 zumindest ein Schaltelement 48 auf. In den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis Fig. 6 weist die Espressomaschine 2 zwei Schaltelemente 48, nämlich einen Druckschalter 48a sowie einen Drehschalter 48b auf. Hierbei dient der Druckschalter 48a dem Aktivieren eines Brühprofiles und somit des elektromotorischen Antriebs 20. Der Drehschalter 48b dient hierbei einer Einstellung eines Druckes bzw. einer Vorschubgeschwindigkeit des elektromechanischen Antriebs 20 und somit des Kolbens 18.
Ferner ist eine Steuereinheit 50 vorgesehen, die innerhalb des Gehäuses 4 der Espressomaschine 2 angeordnet ist. Die Steuereinheit 50 ist zum einen derart eingerichtet, in Abhängigkeit der vorgegebenen Kolbengeschwindigkeit den elektromotorischen Antrieb 20 anzusteuern und einen Brühvorgang anhand von vordefinierten oder nutzerspezifischen Brühprofilen zu regeln und hierfür den erfassten Zylinderdruck sowie eine einstellbare Kolbengeschwindigkeit, auch Vorschubgeschwindigkeit genannt, des Kolbens 18 als Regelgrößen heranzuziehen. Zudem ist die Steuereinheit 50 mit einem Speicher 52 verbunden, der derart eingerichtet ist, unterschiedliche Brühprofile zu speichern. Ein Brühprofil kann vordefinierte Brühphasen mit festgelegten Druckverläufen, Minimal- und Maximaldruckwerten, Kolbengeschwindigkeitsverläufen und -Wegstrecken und Zeitspannen enthalten, wobei bei Erreichen eines oder mehrerer festgelegter Schwellenwerte die jeweils nächste Phase aktiviert wird.
Zur Ansteuerung der jeweiligen Elemente ist die Steuereinheit 50 mit dem Heizregler 38 sowie dem elektromechanischen Antrieb 20 elektrisch verbunden. Weiterhin weist die Espressomaschine eine Anwenderschnittstelle 60 auf, über die ein externes Speichermedium, beispielsweise ein USB-Stick, an die Espressomaschine 2 angeschlossen werden kann. Hierbei ist es zum einen beispielsweise ermöglicht, die vorstehend genannten und aufgezeichneten Parameter eines Brühvorgangs im Rahmen eines Brühprofils auf das externe Speichermedium zu übertragen und/oder zum anderen, ein auf dem externen Speichermedium hinterlegtes Brühprofil auf den Speicher 52 zu übertragen.
In Fig. 7 ist ein Verlauf eines Brühprozesses, wie er beispielsweise in einem Brühprofil gespeichert werden kann, anhand eines Vorschub/Zeit-Diagramms gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Hierbei zeigt die mit dem Bezugszeichen 62 dargestellte Linie den Weg (auch Vorschub) des Kolbens 18 an, den der Kolben 18 während der einzelnen Abschnitte abfährt. Die mit dem Bezugszeichen 64 gekennzeichnete Linie stellt den von dem Kolben 18 ausgeübten Druck während der einzelnen Abschnitte des Brühprozesses dar. Die Linie, die mit dem Bezugszeichen 66 versehen ist, stellt die Menge des aus dem Zylindersieb austretenden Espressos (auch Output 66 genannt) während der einzelnen Abschnitte des Brühprozesses dar. Das Bezugszeichen 68 kennzeichnet den im Brühprofil definierten Maximaldruck. Der Wegverlauf 62 des Kolbens 18 und der Output 66 verlaufen im Wesentlichen gleich bzw. parallel, wobei zunächst ein gewisser Kolbenweg zurückgelegt werden muss, bis das Wasser 12 das Kaffeepulver 14 durchdrungen hat und auf der Unterseite des Zylindersiebes 10 als Espresso austritt. Während des ersten Abschnittes der Extraktion, der sogenannten Vorinfusion, wird die anfangs oberhalb des Kaffeepulvers 14 befindliche Wassersäule 12 durch Bewegung des Kolbens 18 in Vorschubrichtung V in das Kaffeepulver 14 gepresst. Dieser Prozess dauert in der Regel wenige Sekunden, kann je nach Mahlgrad und Brühprofil aber auch deutlich kürzer oder länger andauern. Der durch den Kolben 18 im Zylinder 10 ausgeübte Druck 64 steigt dabei kontinuierlich an, bis der im Brühprofil hinterlegte zulässige Maximaldruck 68 erreicht wird. In Annäherung an den maximalen Druckwert 68 kann die Kolbengeschwindigkeit bereits reduziert werden. Nach Erreichen des maximalen Druckwertes 68 kann die Vorschubgeschwindigkeit des Kolbens 18 konstant gehalten werden. Durch die Erosion des gepressten Kaffeepulvers 14 nimmt der Druck während des Brühvorganges kontinuierlich ab. Die Extraktion kann nach Erreichen einer bestimmten Zeit oder bei Erreichen einer bestimmten Outputmenge gemäß dem Brühprofil automatisch o- der aber auch manuell beendet werden. Die Dauer der Extraktion beträgt in der Regel 20 bis 30 Sekunden, kann je nach Mahlgrad und Brühprofil aber auch kürzer oder länger andauern.
In Fig. 8 wird der Druck 64 durch Verfahren des Kolbens 18 bis zum Erreichen des Maximaldrucks 68 kontinuierlich gesteigert, so wie es bereits in Fig. 7 beschrieben wurde. Im darauffolgenden Abschnitt der Extraktion wird der Druck 64 jedoch konstant gehalten, in dem die Vorschubgeschwindigkeit des Kolbens 18 durch eine entsprechende Regelung des Motors gesteigert wird.
Fig. 9 beleuchtet den Aspekt der Erosion des Kaffeepucks (gepresstes Kaffeepulver bzw. Espressopulver) während der Extraktion. Da während des Brühvorganges Material aus dem Kaffeepulver 14 durch das hindurchgepresste Wasser 12 abtransportiert wird und letztlich in Form von Espresso aus dem Zylindersieb 10 austritt, nimmt der Druck 62 bei konstantem Vorschub 62 des Kolbens 18 kontinuierlich ab. Ein im Brühprofil definierter Minimaldruckwert 70 kann zweckdienlicherweise ein automatisches Stoppen des Brühvorganges bewirken. In einer weiteren Ausführungsform kann der Brühvorgang nach Messung eines über die Zeit konstant niedrigen, sich nicht weiter wesentlich verändernden Kolbendruckes 64 automatisch beendet werden.
Das Verfahren in Fig. 10 entspricht in Teilen dem in Fig. 7 beschrieben Verfahren, hinzu kommt jedoch ein sogenannter „Blooming"-Abschnitt, der zeitlich nach der Vorinfusion und vor der eigentlichen Extraktion angeordnet ist. Während der Vorinfusion wird zunächst Wasser 12 über den Vorschub des Kolbens 18 in das noch trockene Kaffeepulver 14 gepresst. Während der dabei stattfindenden Durchfeuchtung des Kaffeepulvers 14 und insbesondere bei Erreichen des Siebes an der Unterseite des Zylinders 10 durch das Wasser 12 steigt der Druck 64 im Inneren des Zylinders 10 steil an. Der Zeitpunkt des Erreichens des Zylindersiebes durch die Wassersäule 12 kann somit durch einen schnellen Anstieg des Druckes ermittelt werden. Der Kolben 18 kann für die Vorinfusion jedoch auch lediglich um eine definierte Strecke in Vorschubrichtung verfahren werden. Während des nach der Vorinfusion einsetzenden Blooming-Abschnittes verbleibt der Kolben 18 für einen zuvor definierten Zeitraum stehen, wie in Fig. 10 anhand der mit Bezugszeichen 62 dargestellte Linie ersichtlich ist. Während dieser Zeit wird die findet eine weitere Durchfeuchtung und ein Aufquellen des Kaffeepulvers 14 statt, wodurch die Löslichkeit des Kaffeepulvers 14 und letztlich die Extraktion verbessert wird. Der innerhalb des Zylinders 10 befindliche, sich während der Vorinfusion ausgebaute Druck 64 kann in dieser Zeit nur leicht entweichen, so dass nach 30 Sekunden typischerweise noch immer ein Druck von mindestens 1-2 bar vorhanden ist. Die Dauer der Blooming-Phase beträgt in der Regel 20 bis 60 Sekunden, kann je nach Mahlgrad und Brühprofil aber auch kürzer oder länger andauern. Während der darauffolgenden Extraktion wird der Kolben 18 unter Einhaltung des Maximaldrucks weiter in Vorschubrichtung V verfahren.
Eine besondere Art des Bloomings wird in Fig. 11 beschrieben. Hier ist im „Blooming"-Abschnitt ist zu erkennen, dass der Wegverlauf 62 des Kolbens 18 nach der Vorinfusion entgegen der Vorschubrichtung V verläuft. Darunter ist zu verstehen, dass der Kolben 18 - wie bereits vorstehend beschrieben - zur Dekompression des Kaffeepulvers 14 entgegen der Vorschubrichtung V verfahren wird und dann - nach einem Einstellen des Bloomingdruckes oder einer vorgegebenen Wegstrecke, um die der Kolben 18 zurückfährt - in dieser „zurückgefahrenen Position" für die Restzeit des Bloomings verharrt. Die übrigen Abschnitte Vorinfusion sowie Extraktion entsprechen den bereits in den Figuren 7 bis 9 beschriebenen Abschnitten des Brühprozesses und sind hier erneut anhand des Diagramms auch graphisch dargestellt.
In Fig. 11 ist somit im „Blooming"-Abschnitt die Phase der „Puck-Dekompression" zu erkennen, wobei der Begriff „Puck" als, wie bereits vorstehend erwähnt, das gepresste Kaffeepulver 14 innerhalb des Zylinders 10 zu verstehen ist. Durch das Verfahren des Kolbens 18 entgegen der Vorschubrichtung V kann, wie bereits vorstehend erläutert, der Blooming-Prozess optimiert werden, da durch die Dekompression das im Puck enthaltende Kohlendioxid leichter entweichen kann. Fig. 12 beschreibt das Brühprofil eines Brühvorgangs, der speziell für gröber gemahlenes Kaffeepulver 14, wie es beispielsweise abgepackt in Supermärkten erhältlich ist, konzipiert ist. Hier wird der Kolben 18 während des Vorinfusion mit relativ großer Geschwindigkeit in Vorschubrichtung V bewegt, um durch die dadurch stattfindende Kompression des Kaffeepulvers 14 einen relativ hohen Druck von vorzugsweise 11 bar, mindestens aber über 9 bar zu erzeugen. Diese Druckspitze ist aus der mit dem Bezugszeichen 64 gekennzeichneten Linie ersichtlich. Durch das rasche Verpressen in Vorschubrichtung V wird das Kaffeepulver 14 derart komprimiert, dass die Durchdringung des Wassers 12 durch das Kaffeepulver 14 verlangsamt wird und sich letztlich auf einem relativ hohen Extraktionsdruckniveau von vorzugsweise ca. 9 bar einstellt. Die langsamere Durchflussrate des Wassers 12 und der relativ hohe Druck begünstigen eine bessere Extraktion, als es ohne Vorkompression der Fall wäre.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
2 Espressomaschine 4 Gehäuse 6 Standfuß 8 Tasse 10 Zylindersieb 12 Wasser 14 Kaffeepulver 16 Zwischensieb 18 Kolben
20 elektromotorischer Antrieb 22 Drucksensor 24 Siebträger 26 Verschluss 28 Heizeinheit 30 Heizelement 32 Kontaktelement 34 Verschlussaufnahme 36 Kragen 38 Heizregler 40 Leitung
42 Kolbenheizelement 44 Temperatursensor 46 Anzeigeelement 48a Druckschalter 48b Drehschalter 50 Steuereinheit 52 Speicher
60 Anwenderschnittstelle
62 Wegverlauf des Kolbens während des Brühprozesses (Vorschub)
64 Druckverlauf während des Brühprozesses
66 Outputmenge während des Brühprozesses
68 Definierter Maximaldruck
70 Definierter Minimaldruck
72 Extraktionsdruck
V Vorschubrichtung

Claims

Ansprüche
1. Espressomaschine (2), aufweisend:
- ein Gehäuse (4),
- ein innerhalb des Gehäuses (4) einsetzbares oder am Gehäuse (4) anordbares oder angeordnetes Zylindersieb (10), zur Aufnahme von Wasser (12) und Kaffeepulver (14), insbesondere Espressopulver,
- ein Zwischensieb (16), das im Zylindersieb (10) entnehmbar angeordnet ist, zum räumlichen Trennen des Wassers (12) von dem Kaffeepulver (14) innerhalb des Zylindersiebes (10) sowie
- einen Kolben (18), der in einer Vorschubrichtung (V) bewegbar ist, zum Hindurchdrücken des Wassers (12) durch das Kaffeepulver (14), dad u rch geken nzeich net, dass
- der Kolben (18) mit einem elektromotorischen Antrieb (20), insbesondere einem Linearantrieb, zum Verfahren in Vorschubrichtung (V) verbunden ist und
- an dem Kolben (18) ein Drucksensor (22) angeordnet ist, zur Erfassung eines Kolbendruckes.
2. Espressomaschine (2) nach Anspruch 1, geken nzei ch net durch eine Steuereinheit (50), die derart eingerichtet ist, einen Brühvorgang anhand von Brühprofilen zu regeln und hierfür den erfassten Zylinderdruck sowie eine einstellbare Kolbengeschwindigkeit des Kolbens (18) als Regelgrößen heranzuziehen.
3. Espressomaschine (2) nach Anspruch 2, dad u rch geken nzeich net, dass die Steuereinheit (50) derart eingerichtet ist, den Brühvorgang in zumindest zwei Brühabschnitte zu unterteilen, nämlich:
- eine Vorinfusion, bei der der Kolben (18) in Vorschubrichtung (V) bis zum Erreichen eines vorbestimmten Druckes oder einer vorbestimmten Wegstrecke bewegt wird, um das Kaffeepulver (14) mit Wasser (12) zu infiltrieren oder, um das Kaffeepulver (14) mit Wasser zu infiltrieren und zusätzlich zu komprimieren sowie
- eine Extraktion, bei der das Extrahieren des Espressos durch ein weiteres Bewegen des Kolbens (18) in Vorschubrichtung mit einer vorbestimmten oder anhand des Druckes dynamisch eingestellten Kolbengeschwindigkeit unter Einhaltung eines Maximaldruckes mit einem Wert von 10,5 bar erfolgt.
4. Espressomaschine (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass an dem Kolben (18) ein Temperatursensor (44), zur Erfassung einer Wassertemperatur angeordnet ist.
5. Espressomaschine (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass zumindest ein Schaltelement (48) zum Aktivieren des elektromotorischen Antriebs an dem Gehäuse (4) angeordnet ist und/oder ein Anzeigeelement (46) zur Anzeige von Betriebsparametern an dem Gehäuse (4) angeordnet ist.
6. Espressomaschine (2) nach Anspruch 5, dad u rch geken nzeich net, dass die Steuereinheit (50) einen Speicher (52) aufweist, der derart eingerichtet ist, unterschiedliche Brühprofile zu speichern, wobei die Brühprofile insbesondere Kolbendruckwerte und/oder Kolbengeschwindigkeitswerte und/oder Bloomingzeiten und/oder Extraktionszeiten aufweisen.
7. Espressomaschine (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Gehäuse (4) ein Siebträger (24) angeordnet ist, in dem das Zylindersieb (10) angeordnet ist, wobei der Siebträger (24) einen Verschluss (26), insbesondere einen Bajonettverschluss, zur reversiblen Verriegelung in dem Gehäuse (4) aufweist.
8. Espressomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylindersieb (10) eine Länge mit einem Wert im Bereich von 40 mm und 85 mm, speziell von 45 mm oder 60 mm oder 75 mm aufweist.
9. Espressomaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylindersieb (10) einen Innendurchmesser mit einem Wert im Bereich von 50 mm bis 60 mm aufweist.
10. Espressomaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18) um eine Wegstrecke mit einem Wert im Bereich von 40 mm und 85 mm, insbesondere im Bereich von 45 mm und 75 mm und speziell um 40 mm oder 55 mm oder 70 mm in Vorschubrichtung (V) verfahrbar ist.
11. Espressomaschine (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (4) eine Heizeinheit (28) angeordnet ist, die insbesondere um den Siebträger (24) und/oder auf dem Kolben (18) angeordnet ist, wobei Kontaktelemente (32) zur elektrischen Kontaktierung der Heizeinheit (28) an einer Verschlussaufnahme (34) des Verschlusses (26) angeordnet sind.
12. Verfahren zum Betrieb einer Espressomaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die Schritte:
- Bewegen eines Kolbens (18) in einer Vorschubrichtung zur Infiltration eines innerhalb eines Zylindersieb angeordneten Kaffeepulvers (14), insbesondere Espressopulvers, mit darüber angeordnetem Wasser (12) zu einer Vorinfusion des Kaffeepulvers (14),
- Erneutes Bewegen des Kolbens (18) in Vorschubrichtung (V) mit einer vorbestimmten oder anhand eines Extraktionsdruckes dynamisch eingestellten Kolbengeschwindigkeit unter Einhaltung eines Maximalwertes des Extraktionsdruckes von 10,5 bar zum Extrahieren des Espressos.
13. Verfahren nach Anspruch 12, die Vorinfusion umfassend einen der folgenden Schritte:
- Bewegen des Kolbens (18) in Vorschubrichtung (V) bis zum Erreichen eines vorbestimmten Druckes mit einem Wert von unter 9 bar zur Infiltration des Kaffeepulvers (14); oder
- Bewegen des Kolbens (18) in Vorschubrichtung (V) bis zum Erreichen eines vorbestimmten Druckes mit einem Wert von über 9 bar zur Infiltration und zusätzlicher Komprimierung des Kaffeepulvers (14).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, zusätzlich umfassend einen der folgenden Schritte:
- Stillstehen des Kolbens (18) nach der Vorinfusion und vor der Extraktion über die Dauer einer vorbestimmten Zeit für ein Blooming des Kaffeepulvers (14); oder
- Bewegen des Kolbens um eine vorbestimmte Wegstrecke oder zur Einstellung eines vorbestimmten Bloomingdruckes entgegen der Vorschubrichtung mit anschließendem Stillstehen des Kolbens (18) über die Dauer einer vorbestimmten Zeit für ein Blooming des Kaffeepulvers (14).
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, ferner umfassend die Schritte:
- Erfassen eines Kolbendruckes durch einen an dem Kolben angeordneten Drucksensor; - Heranziehen des erfassten Kolbendruckes zu Regelung des Bloomingdruckes und/oder des Extraktionsdruckes.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, umfassend den Schritt:
- Beenden des Brühvorganges nach einer vorbestimmten Zeit oder bei Erreichen eines definierten Minimaldrucks oder nach Bewegen des Kolbens (18) um eine vordefinierte Kolbenstrecke während der Extraktion.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dad u rch geken nzeich net, dass die vorbestimmte Wegstrecke und/oder die Geschwindigkeit des Kolbens (18) und/oder der vorbestimmte Bloomingdruck und/oder eine vorbestimmte Bloomingzeit und/oder der vorbestimmte Extraktionsdruck und/oder eine vorbestimmte Extraktionsszeit in einem Brühprofil auf einem internen Speicher der Espressomaschine hinterlegbar oder hinterlegt sind und zur Regelung herangezogen werden.
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