DE2532277B2

DE2532277B2 - Kaffeemaschine für Filterkaffee mit FrischwasserbehSlter und Steifrohr

Info

Publication number: DE2532277B2
Application number: DE2532277A
Authority: DE
Inventors: Karl H. Cherry Hill N.J. Bergmann; Harvey Fairfield Conn. Levine
Original assignee: Melitta Inc Cherry Hill Nj (vsta)
Current assignee: Melitta Inc Cherry Hill Nj (vsta)
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1975-07-18
Publication date: 1979-03-22
Also published as: DE2532277A1; DE2560002B1; AR206717A1; DE2532277C3; BR7504582A; DE2560002C3; US4103603A

Description

Die Erfindung bezieht jich au eine Kaffeemaschine für Filterkaffee mit einem I-Yischwasserbehälter. durch den ein Steigrohr durchgeführt < , einer unter dem Frischwasserbehälter angeordneten Hiezvorrichtung und einem Verbindungsrohr zwischen dem Frischwasserbehäller und der Heizvorrichtung.

Eine derartige Kaffeemaschine ist aus der DE-AS 16 79 123 bekannt. Es handelt sich dort um eine Kaffeemaschine mit Durchlauferhitzer. Das aus dem Frischwasserbehälter in die Heizvorrichtung eintretende Wasser wird also laufend erhitzt, und das heiße Wasser steigt infolge seiner geringeren Dichte durch das Steigrohr nach oben, wo es in einen Wasserüberlauf austritt. Damit das Brühwasscr sich nicht vorzeitig abkühlt, ist das Steigrohr durch ein Mantelrohr von dem Frischwasserbehälter isoliert. Der Erhit/.ungsvorgang setzt sich laufend so lange fort, bis der Wasserdruck nicht mehr ausreicht, um einen druckabhängigen Schalter geschlossen zu halten.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die notwendige Wassermenge in kürzerer Zeit auf die vorgeschriebene Temperatur zu erhitzen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Palentanspruchs I gelöst.

Hierbei war es notwendig, von dem Prinzip des Durchlauferhitzers abzugehen und zur periodischen Erhitzung kleiner Wassermengen überzugehen. Hierzu wird jeweils nur eine kleine Wassermenge in die Heizvorrichtung eingefüllt und schlagartig so weil erhitzt, daß das entstehende Gemisch von Wasser und Dampf durch das Steigrohr nach oben gerissen wird und in den Überlauf gelangt. Wenn diese Menge ausgetrieben ist, wird die Heizvorrichtung wieder mit Frischwasser gefüllt und erneut erhitzt bzw. zur Steuerung des Wasserzuiatifs dient das am unteren Ende des Steigrohrs angebrachte Ventil, das sich jeweils durch

den Überdruck des erhitzten Wassers schließt und so verhindert, daß Frischwasser ohne ausreichende Erhitzung durch das Steigrohr in den Überlauf gelangt. So ist eine äußerst rasche Erhitzung des Wassers auf die für den Brühvorgang günstigste Temperatur möglich.

Um die Erhitzungszeit weiter herabzusetzen, empfiehlt es sich eine Vorwärmung des Wassers im Frischwasserbehälter und im Verbindungsrohr. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise das Steigrohr wärmeleitend durch den Frischwasserbehälter und das Verbindungsrohr geführt, und das Verbindungsrohr ist mit einer Zusatzheizung versehen. Die wärmeleitende Verbindung zwischen Steigrohr und Frischwasserbehälter kann ohne Schaden vorgeinommen werden, weil das periodisch geförderte Wasser-Dampfgemisch von vornherein eine höhere Temperatur hat als Heißwasser, bei dem eine Dampfbildung vermieden werden muß.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der ganzen Kaffeemaschine,

Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig.3 eine vergrößerte Schniltdarstellung längs der Linie3-3 in Fig. 1,

F i g. 4 ein Teilschnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 3 mit weggebrochenen Teilen,

Fi g. 5einTeilscrnitt längs der Linie 5-5 in Fi g. 3 und

Fig. 6 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung zur Steuerung der Kaffeemaschine.

Die dargestellte Kaffeemaschine 10 besteht aus einem Gestell 12 mit einem Gehäuse 14 und einem Deckel 16, der aus Kunststoff bestehen kann. Das Gehäuse 14 hat einen horizontalen Boden 18, vertikale Seitenwände 20 und 22 und eine geschlossene Rückwand 24. Eine Zwischenwand 26 trifft die nach unten ausladenden Vorderkanten 28 und 30 der Seitenwände 20 und 22 und ist um eine vertikale Achse nach innen gewölbt, so daß sich eine geschlossene Kammer 32 innerhalb des Gehäuses 14 und eine nach vorne offene Kammer 34 an der Vorderseite des Gehäuses ergibt.

Eine vertikale Wand 36 in der Innenkammer 32 bildet einen Wasserbehälter 38 im Oberteil des Gehäuses 14. der oben bei 40 offen ist, um kaltes Wasser nachfüllen zu können. Der Behälter 38 hat an seiner Unterseite eine Öffnung 42, durch die das Wasser in ein Verbindungsrohr 44 austreten kann.

Das Verbindungsrohr 44 hat einen kreisförmigen Querschnitt. Sein oberes Ende 46 erstreckt sich durch die Öffnung 42 des Behälters 38 und ist dort mit einem Federring 48 festgehalten, der in eine Ringnut am oberen Ende 46 des Rohres 44 eingreift. Das Rohr 44, das unterhalb des Behälters 38 angeordnet ist, hat ein im Verhältnis zum Volumen des Behälters 38 stark verringertes Volumen. Das Verbindungsrohr 44 kann aus Metall mit gut wärmeleitenden Eigenschaften bestehen.

Das untere Ende 50 des Verbindungsrohres 44 ist innen ausgedreht und mit Gewinde versehen und nimmt das obere Ende 54 einer Heiz- und Pumpvorrichtung 52 auf. Die Heiz- und Pumpvorrichtung 52 besteht aus einem Metallgußstück 56 mit guten Wärmcleitungseigenschaften, in das eine isolierte elektrische Heizwicklung 58 mit äußeren Anschlußklemmen 60 eingebettet ist. Die Heizwicklung 58 umgibt eine Vertiefung 62 in der Vorrichtung 56, die zur Aufnahme und Erhitzung einer aus eiern Verbindungsrohr 44 stammenden Wassermenge dient.

Das Gußstück 56 ist am Boden des Gestells 12

beispielsweise mittels einer Schraube 59 befestigt.

Die Heiz- und Pumpvorrichtung 52 weist ferner ein Steigrohr 64 auf, das aus Metall mit guten Wärmeleitungseigenschaften besteht. Das Steigrohr 64 erstreckt sich in Vertikalrichtung durch das Verbindungsrohr 44 und den Wasserbehälter 38 und ist durch ein Abstandsstück 66 am oberen Ende 46 des Verbindungsrohres 44 festgehalten. Das untere Ende 68 des Steigrohres β'· wird von einem Absperrventil 70 umgeben.

Das Absperrventil 70 weist einen tellerförmigen feststehenden Teil 72 auf, dessen Mitte am Ende 68 des Steigrohres 64 befestigt ist, während der äußere Rand des Ventilteils 72 zwischen der Schulter an der Unterseite des Verbindungsrohres 44 und dem oberen Ende 54 der Heiz- und Pumpvorrichtung 52 eingeklemmt ist Der Ventilteil 72 ist mit einer Mehrzahl von Löchern 74 versehen, welche das Verbindungsrohr 44 mit der Vertiefung 62 verbinden. Unterhalb des tellerförmigen Ventilteils 72 wird das Ende 68 des Steigrohres 64 von einer verschiebbaren Ventilscheibe 76 umgeben, die auf einem radialen Flan-.:h 78 am unteren Ende 68 des Steigrohres 64 aufruht.

Im Ruhezustand nimmt die Ventilscheibe 76 durch die Wirkung der Schwerkraft ihre Öffnungslage ein und ruht auf dem Flansch 78 auf. Wenn dagegen eine nach oben gerichtete Druckkraft auf die Ventilscheibe 76 ausgeübt wird, d. h. wenn der Dampfdruck des in der Vertiefung 62 erhitzten Wassers genügend angestiegen ist, verschiebt sich die Scheibe 76 nach oben in ihre geschlossene Lage, worin sie die Löcher 74 verschließt. Dadurch wird das Nachfließen des Wassers aus dem Behälter 38 durch das Verbindungsrohr 44 in die Vertiefung 62 verhindert. Der Ausgang 80 durch das Steigrohr 64 bleibt dagegen zu allen Zeiten geöffnet, so daß das heiße Wasser durch den in der Vertiefung 62 erzeugten Dampf in das Steigrohr gedrückt wird und am oberen Ende 82 austritt. Hierbei geht ein Teil der Wärme von diesem Wasser und dem Dampf durch das Steigrohr a;.f das Wasser in dem Verbindungsrohr 44 und dem Behälter 38 über.

Wenn die Heiz- und Pumpwirkung der Vorrichtung 52 weiter gesteigert werden soll, kann eine Zusatzheizung 84 vorgesehen sein. Die Zusatzheizung 84 wird von einer Schelle 86 mit Spannschrauben 88 in Anlage an der Außenfläche des gut wärmcleittn'lcn Verbindungsrohres 44 gehalten.

Die Heizvorrichtungen 52 und 84 werden über eine Anschlußschnur 92 mit Netzstrom versorgt. Die elektrische Schaltung 9j> mit einem Thermostatschalter 94 und einem Umgehungswiderstand 96. die mit einer Schelle 98 am unteren Endteil 50 des Verbindungsrohres 44 befestigt sind, und einem Hauptschalter 100 wird weiter unten an Hand der Fig. 6 im einzelnen beschrieben. Der Deckel 16 überdeckt die Einfüllöffnung 40 und kann leicht abgenommen werden, um den Wasserbehälter 38 mit der gewünschten Menge kalten Wassers zu füllen. Der Deckel 16 ist doppelwandig, besitzt also eine Oberwand 102 und eine Unterwand 104, zwischen denen sich eine Kammer 106 befindet. Der hintere Teil 108 des Deckels 16 erstreckt sich von der Rückwand 24 des Gehäuses 14 über die Einfüllöffnung 40 des Behälters 38, während der vordere Teil 110 des Deckels 16 bis zu den Vorderkanten 28 und 30 der Seitenwände 20 und 22 reicht. Die unlere Begrenziingswand 104 des Deckels 16 verläuft nahezu horizontal, ist jedoch vom rückwärtig·, ,i Teil 108 zum vorderen Teil 110 leicht abwärts gerichtet.

Die untere Wand 104 des Deckels 16 besitzt eine Öffnung 112, die von einem nach oben weisenden Kragen 114 umgeben wird, um das obere Ende 82 des Steigrohres 64 aufnehmen zu können, wie F i g. 3 zeigt. Eine weitere Öffnung oder auch mehrere Öffnungen ! 16 sind am Vorderteil ilO des Deckels 16 in der unteren Begrenzungswand 104 desselben vorgesehen, und zwar ist diese Wand an der betreffenden Stelle nach außen gewölbt, so daß sie eine Ausflußmündung zur Abgabe

ίο des heißen Wassers bildet. Eine dritte öffnung 118 in der unteren Begrenzungswand 104 des Deckels 16 befindet sich im rückwärtigen Teil 108 desselben zwischen der Öffnung 112 und der Rückwand 24. Die Öffnung 114 befindet sich oberhalb der Einfüllöffnung 40 des

is Wasserbehälters 38, wenn der Deckel 16 sich in seiner in F i g. 3 dargestellten Normallage befindet, und ist mit einem Stutzen 120 versehen, der von der unteren Begrenzungswand 104 beinahe bis zur Unterseite der oberen Begrenzungswand 102des Deckels 16 reicht.

An der Bodenplatte 18 des Ge'-äuses 14 ist eine Warmhalteplatte 122 mittels einer Schraube 124 in der Kammer 34 derart angeordnet, daß die Warmhalteplatte unter die Ausflußöffnungen 116 des Deckels 16 kommt. Die Warmhalteplatte 122 ist mit einer

_>ί Deckplatte 126 aus Metall versehen, auf die eine Kaffeekanne 128 (in Fig. 1 gestrichelt gezeichnet) gestellt werden kann, um sie durch ein in der Warmhalteplatte 122 befindliches Heizelement 130 iu wärmen. Das Heizelement 130 ist in die Schaltung 93 derart einbezogen, daß in der Stellung »EIN« des Schalters 100 ein Strom in dem Heizelement 130 fließt, wodurch der in der Kanne 128 befindliche Kaffe auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird

Die Kaffemaschine 10 ist so eingerichtet, daß Kaffee

Vi in einer gewünschten Tassenzahl in wenigen Minuten aus frischem Leitungswasser bereitet werden kann. Beispielsweise kann die Kaffeemaschine 10 1.8 I oder 12 Kaffeetassen in etwa 6 Minuten zubereiten. w?nn der Deckel 16 abgenommen und 1,8 I Frischwasser mit einer

•»o Temperatur von 24°C in den Behälter 38 eingegossen Wf-den. Nach dem Füllen des Behälters mit Wasser wird der Hauptschalter 100 eingeschaltet, so daß die Heizvorrichtung 58 und gegebenenfalls die Zusatzheizung 84 mit Strom versorgt werden. Die Leistungsauf-

·>■*> nähme beträgt beispielsweise etwa l.ikW. Dadurch erhitzt sich das in der Vertiefung 62 stehende Wasser sehr rasch und erzeugt ein Gemisch von Wasser und Dampf, wodurch der Druck erhöht und das Ventil 70 geschlossen wird. Der in der Vertiefung 62 erzeugte

"i(i hohe Druck bewirkt eine Pumpwirkung, durch welche das heiße Wasser und der Dampf nach oben durch die öffnung 80 im Steigrohr 64 getrieben werden. Während des Aufsteigens übertragen das heiße Wasser und der Dampf einen gewissen Teil ihrer Wärme durch die

ν» Wände des Steigrohres auf das im Verbindungsrohr 44 stehende Wasser, sowie auf das noch im Behälter 38 befindliche Wasser. Da das Wasservolumen in dem Verbindungsrohr 44 kleiner als im Behälter 38 ist. ergib! der gleiche Wärrr -'übergang einen stärkeren Tempera-Mi turanstieg ^für das Wasser im Verbindungsrohr 44. So wird das Wasser im Verbindungsrohr 44 im Gegenstromprinzip vorgeheizt, bevor es in die Vertiefung 62 gelangt und dort der nächsten Erwärmungs- und Pumpwirkung ausgesetzt wird.

Ί5 Das mit Dampf versetzte heiße Wasser, das durch das Steigrohr 64 nach oben steigt, gelangt aus dem oberen Ende 82 desselben in die Kammer 106 des Deckels 16. Dieser besteht vorzugsweise aus wärmeisolierendem

Kunststoff. Der /ur oberen Begrenzung der Kammer 106 aufsteigende Dampf wird von der Öffnung 118 in den Behälter 38 geleitet, wo er seine Wärme an das in diesem Behälter befindliche Wasser abgibt und so dessen Temperatur weiter erhöht. Das erwärmte Wasser, das sich auf der unteren Bcgren/ungswand 104 des Deckels 16 sammelt, fließt der Neigung desselben folgend /.um Vorderteil 110 und den Austriltsöffnungen 116. Da der Dampf größtenteils durch die Öffnung 118 abströmen und kondensiert werden kann, liefern die Abflußöffnungen 116 im wesentlichen iiiles Wasser, das dank des Wärmeübergangs durch die Wände des Steigrohres 64 auf eine Temperatur abgekühlt hat. die unterhalb des Siedepunktes im Bereich von 65 bis 94 ( liegt und vorzugsweise 90⁰C! beträgt.

Das aus der Mündung 116 austretende Wasser tropft auf einen l'iltcr 1.32, der unter der Aiisfliif.lmiindung I lh auf die Kaffeekanne 128 aufgesetzt ist. Der I iller Π2 ist

ι/ι f\ <t ι tiller

/Mil IUIIIIIIL

einer l'apierfillerscheibe, die gemahlenen Kaffee enthält, durch welchen das heiße Wasser durchgehen soll. Das Wasser löst die gewünschten Kaffeebestandteil aus den gemahlenen Kaffeebohnen und gelangt durch den filler 132 in die Kanne 128.

Is ist bekannt, daß man zur Zubereitung eines Kaffees höchster Qualität von frischem kaltem Wasser ausgehen soll, während die Temperatur des in Berührung mit dem gemahlenen Kaffee kommenden Wassers nicht mehr als )C nach oben oder unten von 93 C abweichen soll. Bei höheren Temperaturen schmeckt der Kaffee verbrannt, während niedrigere Temperaturen schlechte Ausbeute ergeben. Auch die zur Zubereitung des Kaffees benotigle /eil ist wichtig und hängt vor allem vom Vermahlungsgrad ab. 4 bis 6 Minuten reichen für feingemahlenen Kaffee, b bis K Minuten für normalen Vermahlungsgrad. Wenn die Kaffeeziibereitung langer dauert, werden unerwünschte Bestandteile gelost, die dem Kaffee einen bitteren und strengen (leschmack verleihen.

Nachdem der Kaffee durch den um gemahlenem Kaffee bedeckten filter 132 durchgelaufen ist. wird der !ilter 132 abgenommen, während der im Krug 128 befindliche fertige Kaffee auf der für den Gebrauch erwünschten Temperatur gehalten wird, ledesmal. wenn ein Gemisch von Wasser und Dampf in der Vertiefung 62 tier I lciz- und Pumpvorrichtung 52 erzeugt und durch das Steigrohr 64 nach oben in die Deckelkammer 106 gedrückt wurde, kehrt der Druck in der Verliclung 62 /um Normalwert zurück. Dadurch kehrt die Ventilscheibe 72 in ihren offenen Zustand zurück, so daß eine neue I-Tillmenge vorgewärmten Wassers im Verbindungsrohr 44 in die Vertiefung 62 gelangt, während im Verbindungsrohr 44 Wasser aus dem Behälter 38 nachfließt. Wenn das in der Vertiefung 62 befindliche Wasser genügend aufgeheizt ist. bildet sich erneut ein Druck aus. und das Ventil 70 schließt sich, wodurch die Pumpwirkung sich ν icderholl. Dieses Spiel setzt sich fort, bis das gesamte Wasser im Behälter und dem Verbindungsrohr 44 durch die Mündung 116 ausgegeben wurde. Die Zusatzheizung 84 unterstützt die Heiz- und Pumpwirkung durch Versorgung des Wassers mit zusätzlicher Wärme innerhalb der begrenzten Kapazität des Verbindungsrohres 44. so weit die Wärme nicht bereits durch die Wände des Steigrohres 64 abgeleitet wurde.

Wenn der Behälter 38 und das Verbindungsrohr 44 ihren gesamten Wasserinhalt an die Vertiefung 62 der Heiz- und Pumpvorrichtung 52 abgegeben haben, steigt die Temperatur des Gußleils 56 über den Siedepunkt ,Ils Wassers an. Dieser Temperaturanstieg wird \< >m Thermostatschalter 94 festgestellt; letzterer befindet sich am unteren Ktidteil 50 lies Verbindungsrohres bzw. am oberen Ijule der Heiz und Pumpvorrichtung 52. Wenn eiie vorbestimmte Temperatur oberhalb K)O ( festgestellt wird, öffnet der Thermostalkontakt 94 und beendet so die Versorgung <.kr Heizelemente 58 und 84 mit elektrischer Energie. Die Warmhalteplatte 122 wird dagegen weiterhin unter Strom gehalten, ins der I laiiptschallcr 100 in die »Al IS«-Stellung gebracht w ird.

Wie Γ ig. 6 zeigt, wird der Netzslrom über den Hauptschalter 100 auf die Adern 134 und 136 gegeben. l\iiie Anzeigelampe H8 in Keihe mit einem Begrenzimgswidersland 140 zeigt an. daß der Hauptschalter 100 eingeschaltet ist: diese Kombination kann in den Hauptschalter 100 eingebaut sein. Die llaupthci/ung 58 liegt in Keihe mit dem Thcrmosiatkontakt 94 zwischen ilen I.in.(.η 134 und 136. Der Thermostatkontakt 94 befindet sich normalerweise im geschlossenen Zustand, so daß die llauptheizung 58 eingeschaltet werden kann, wenn der Hauptschalter 100 zu Beginn einer Kaffeeziibereitung geschlossen wird. Wenn this zusätzliche Heizelement 84 verwendet wird, liegt es parallel zur llauptheizung 58. Am linde des Vorganges, wenn der Thermostaikoniiikt 94 den Wassermangel in der Heiz- und Pumpvorrichtung 52 feststellt, öffnet er sich und trennt die Heizelemente 58 und 84 von der Netzspannung. Der l'mgebungswidcrstand 96. der parallel zum Thermostatschalter 94 geschaltet ist. dient zur Aufrechterhaltung eines geringen Krregungspegels der Heizelemente 58 und 84. damit der Thermostatschalter 94 geschlossen bleiben kann.

Die Warmhalteplatte 130 ist unmittelbar an die Adern 1 34 und I 36 angeschlossen, so daß sie ständig mit Strom versorgt wird, so lange der Hauptschalter 100 geschlossen ist. Auch wenn also der eigentliche Brühvorgang beendet ist. bleibt die Warmhalteplatte eingeschaltet.

Die Ausbildung und Anordnung des Behälters 38. des Verbindungsrohres 44 und der Heiz- und Pumpvorrichtung 52. die für die Wärmeübertragung im Gegenstrom durch das Steigrohr 64 und für die Vorheizung des Wassers, bevor es in das Heizelement gelangt, verantwortlich sind, bewirken eine erhöhte Leistungsfähigkeit und Brühgeschwindigkeit unter Bedingungen, die eine Kaffeezubereitung mit hoher Qualität gewährleisten. Auch die Zusatzheizung 84 fördert unter bestimmten Umständen die Brühgeschwindigkeit.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunsen

Claims

Patentansprüche:

1. Kaffeemaschine für Filterkaffee mit einem Frischwasserbehälter, durch den ein Steigrohr durchgeführt ist, einer unter dem Frischwasserbehälter angeordneten Heizvorrichtung und einem Verbindungsrohr zwischen dem Frischwasserbehälter und der Heizvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsrohr (44) das Steigrohr (64) konzentrisch umgibt -md von oben in die Heizvorrichtung (52) hineinragt, die eine Vertiefung (62) zur Aufnahme des aus dem Verbindungsrohr auslaufenden Wassers aufweist, und daß das untere Ende (68) des Steigrohres ein Ventil (70) trägt, das bei einem durch Erhitzung des in der Vertiefung (62) befindlichen Wassers auftretenden Überdruck schließt und den Wasserzulauf aus dem Verbindungsrohr in die Vertiefung (62) sperrt.

2. Kaffeemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steigrohr (64) und dem Frischwasserbehälter (38) eine die Wärme gut leitende Verbindung besteht.

3. Kaffemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem aus gut wärmeleitendem Werkstoff bestehenden Verbindungsrohr (44) eine Zusat'.heizung (84) zum Vorwärmen des darin befindlichen Wassers anliegt.