DE69003118T2 - Kaffeemaschine. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Kaffeemaschine, insbesondere eine Maschine, bei der ein Kaffeegetränk dadurch zubereitet wird, daß ein gesteuerter Heißwasserstrom (im weiteren Infusionswasser) auf ein Kaffeekissen in einer Extraktionskammer auftriff und mit der wahlweise ein Standardkaffee mit einem Getränkevolumen von etwa 40 ccm und ein großvolumigeres Kaffeegetränk, z.B. mit 120 ccm zubereitet werden kann. Der Kaffee wird gekocht, sobald das in einer Heizvorrichtung erhitzte Wasser zum Durchfluß durch das Kaffeekissen in der Extraktionskammer gebracht wird. Der Erfinder hat festgestellt, daß die Extraktion von nachteiligen Stoffen aus einem Kaffeekissen durch einen verlängerten wasserdurchfluß dann nicht mehr geschieht, wenn das Wasser durch das Kissen mit einer in Bezug auf die maximale Starttemperatur abnehmenden Temperatur fließt. Ein Zeitabschnitt von 20 bis 30 sec ist im allgemeinen notwendig, um einen Standardkaffee zu kochen, und dieser Zeitabschnitt ist nicht groß genug, um in merkbaren Mengen unerwünschte Substanzen in die Infusion zu überführen; nach und in diesem Zeitabschnitt von 20 bis 30 sec beginnen die nachteiligen Substanzen in merkbaren Mengen in das Getränk zu gelangen, wenn die Infusionswassertemperatur noch immer die Temperatur ist, die das Wasser im allgemeinen in einer Kaffeemaschine erreicht, wobei eine solche Temperatur zwischen 90 und 100º liegt.
• EP-A-93366 offenbart eine Kaffeemaschine mit einem System, das zur Steuerung der Temperatur des Wassers in einem Boiler ausgerüstet ist, um im Zusammenhang mit dem Getränkevolumen, das aus einer Anzahl vorbestimmter Volumina ausgewählt ist, diese Temperatur in einem engen Temperaturbereich zu halten.
• Man erkennt, daß der Hauptnachteil bei dem Stand der Technik darin liegt, daß der Durchgang des gesamten heißen Wasserflusses durch das Kaffeekissen mit seiner maximalen im Boiler erreichten Temperatur dazu führt, daß nachteilige Substanzen aus dem Kaffeekissen extrahiert werden und in das Kaffeegetränk gelangen.
• Diese Erfindung zielt darauf ab, diesen Nachteil zu vermeiden; diese Kaffeemaschine ist in der Lage, sowohl einen Standard- als auch einen großen Kaffee mit einem angenehmen Geschmack zu versehen.
• Die Kaffeemaschine gemäß der Erfindung gibt in ein Gefäß Getränke ab, die verschiedene Volumina haben können, und enthält im Einklang mit dem Stand der Technik: eine Wasserquelle, Fördermittel zur Förderung des Wassers aus dieser Quelle in eine Extraktionskammer durch eine Heizvorrichtung, Bedienungs-Vorrichtungen für einen Benutzer, und eine Anordnung von Steuermittel, in der eine Meßvorrichtung zur Messung der Menge des in die Extraktionskammer fließenden Wassers (im weiteren fließendes Wasser), ein Temperatursensor für die Temperatur des fließenden Wassers und Steuermittel angepaßt zur Aufnahme der Signale von dem Meßgerät und dem Temperatursensor vorgesehen sind. Neue Merkmale sind, daß die Heizvorrichtung ein Wärmetauscher ist, der in der Lage ist, das Quellenwasser augenblicklich in Infusionswasser mit einer vorgegebenen Anfangsinfusionstemperatur normalerweise im Bereich von 90ºC bis 100ºC um umzuwandeln, und daß die Steuermittel eine Prozessoreinrichtung zur Verarbeitung der Signale nach einem vorgegebenen Algorithmus zum Steuern der Temperatur des fließenden Wassers als Funktion der Menge des fließenden Wassers aufweist, insbesondere zur Beibehaltung oder nur geringfügigen Absenkung der Starttemperatur für einen Standardkaffee (im Weiteren auch ein Kaffeegetränk mit einem gegebenen ersten Volumen) und dann zur Absenkung der Temperatur des weiteren Wassers mit einer gesteuerten Geschwindigkeit, das zur Extraktionskammer zum Kochen des großen Kaffees (im weiteren auch als ein Kaffeegetränk mit einem Volumen größer als das erste gegebene Volumen bezeichnet) gefördert wird.
• Die Steuermittel ist so ausgebildet, daß sie angepaßt, Signale empfängt, die der Menge des fließenden Wassers zugeordnet sind, wobei diese Signale im Weiteren als Flußsignale bezeichnet werden, und sie empfängt Temperatursignale von einem Temperaturssensor, der dem Wärmetauscher zugeordnet ist, um die Temperatur des Wassers in der Heizvorrichtung zu messen; Die Steuermittel entwickelt einen vorgegebenen Algorithmus, mit dem die Flußsignale und die Temperatursignale verarbeitet werden zur Steuerung der Wärmezufuhr zum Wärmetauscher (elektrischer Widerstand, Flamme), um die Temperatur des Wärmetauschers und somit die Temperatur des Infusionswassers als Funktion der Menge des fließenden Wassers zu verändern.
• Die erfindungsgemäße Maschine kann in verschiendenen Formen ausgeführt werden. Z.B. können dem Benutzer die Optionen zur Verfügung zugestellt werden: nur Wahl zwischen einem normalen Kaffee und einem großen Kaffee; Wahl zwischen einer Anzahl an gegebenen Getränkevolumina; Auswahl eines Kaffeegetränks mit jedem Volumen zwischen einem minimalen und einem maximalen Volumen. Bei der letzten Option wird der Benutzer den Ausgabeknopf gedrückt halten, bis das Kaffeegetränk mit dem geforderten Volumen geliefert ist.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird im Detail im Weiteren mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, welche als Beispiel zwei spezielle Ausführungsformen darstellen; es zeigt:
• Fig. 1 ein Diagramm einer ersten Kaffeemaschine,
• Fig. 2 ein Diagramm, das ein erstes Variationsgesetz für die Infusionswassertemperatur als Funktion der Menge des fließenden Wassers,
• Fig. 3 ein Diagramm einer zweiten Kaffeemaschine, und Fig. 4 ein Diagramm, das ein zweites Variationsgesetz für die Infusionswassertemperatur als Funktion der fließenden Wassermenge zeigt.
• Fig. 1 zeigt die Teile einer Kaffeemaschine, wie sie für deren Betrieb und zur Beschreibung derselben nötig sind. Die Maschine enthält ein Wasserreservoir 1, aus dem eine Leitung 2 Wasser entnimmt, um es zu einer Extraktionskammer 3 zu fördern. Diese Extraktionskammer ist angepaßt, um Kaffeepatronen aufzunehmen, die nicht gezeigt sind und die eine abgemessene Menge gerösteten und gemahlenen Kaffee enthalten, der zwischen zwei Lagen wasserdurchlässigen Papiers gepreßt ist. Auf dem Boden der Extraktionskammer ist ein Abgabeauslaß 4, damit ein Kaffeegetränk in ein Gefäß 5 fallen kann. Eine Pumpe 6 ist mit der Leitung 2 verbunden, um Wasser aus dem Reservoir 1 abzuziehen, und das Wasser in die Extraktionskammer 3 zu fördern, nachdem das Wasser durch einen Wärmetauscher 7 gelaufen ist, der einen mittels einer elektrischen Energiequelle 9 mit Energie versorgten elektrischen Widerstand 8 enthält. Ein Heizschlangenabschnitt 10 der Leitung 2 ist im Wärmetauscher 7 enthalten. Die thermische Trägheit eines solchen Wärmetauschers ist so niedrig, daß die Temperatur des durchlaufenden Wassers und des Wärmetauschers selbst sich im wesentlichen miteinander ändern; somit ist das Messen der Temperatur des Wärmetauschers dasselbe, wie das Messen der Temperatur des durchlaufenden Wassers. Der Querschnitt der Leitung 2 zwischen dem Wärmeaustaustauscher 7 und der Extraktionskammer 3 ist mit einer wärmeisolierenden Muffe 11 bedeckt, um zu verhindern, daß das fließende Wasser wesentlich an Wärme verliert. Ein Steuermittel enthält: einen Durchflußsensor 12 in der Leitung 2, einen Temperatursensor 13 in Zuordnung zum Wärmetauscher 7 und eine Recheneinrichtung 14, die eine PLC Festo 404-Einheit ist. Die Recheneinrichtung ist so programmiert, daß sie die Wassertemperatur T im Wärmetauscher 7 als Funktion des Volumens V des fließenden Wassers nach der in Fig. 2 gezeigten Funktion T = f(V).In Zusammenarbeit mit dem Flußsensor 12 und dem Temperatursensor 13 steuert die Recheneinrichtung 14 eine mathematische Integration des Flußsignales und verarbeitet die integrierten Werte und die Temperatursignale zur Erzeugung einer gepulsten Steuerung des elektrischen Widerstandes 8. So eine Steuerung wird durchgeführt mit einem Schalter 15 im Kreis des elektrischen Widerstandes 8; dieser Schalter ist durch die Verbindungsleitung 16 mit der Recheneinrichtung 14 verbunden, welche in geeigneter Weise das Öffnen und Schließen des Schalters 15 steuert. Der Flußsensor 12 ist mit den Steuermittel 14 durch die Verbindungsleitung 17 verbunden, und der Temperatursensor 13 ist mit der Recheneinrichtung 14 durch eine Verbindungsleitung 18 verbunden. Eine Bedieneinrichtung 19 ist der Recheneinrichtung 14 zugeordnet und enthält einen Druckknopf 20 zur Bedienung der Maschine, ein Lämpchen 21, das leuchtet wenn der Wärmetauscher 7 die Anfangstemperatur 98ºC erreicht, ein Druckknopf 22 zur Anforderung eines Kaffees mit einem Volumen von 40 ccm (Standardkaffee) und einen Druckknopf 23 zur Anforderung eines Kaffees mit einem Volumen von 100 ccm (großer Kaffee).
• Fig. 2 zeigt wie die Wasseranfangstemperatur 98ºC im Wärmetauscher 7 schrittweise auf 95ºC erniedrigt wird, sobald ein Standardkaffee angefordert wird, und wie diese Temperatur schrittweise von 95 auf 80ºC erniedrigt wird, sobald ein großer Kaffee angefordert wird.
• Der Arbeitsvorgang der Maschine im Einklang mit dem Algorithmus, wie er durch den Recheneinrichtung durchgeführt wird, wird nachfolgend zusammengefaßt.
• a) die Maschine wird bedient durch Drücken des Druckknopfes 20, Schalter 15 wird geschlossen und der elektrische Widerstand 8 wird mit Energie versorgt,
• b) nachdem die Wassertemperatur im Wärmetauscher 7 den Anfangswert von 98ºC mittels des elektrischen Widerstandes 8 erreicht hat, leuchtet das Lämpchen 21 auf,
• c) wenn ein Benutzer einen Kaffee anfordert, so wird Pumpe 6 in Betrieb genommen und Mikrocomputer 14 verarbeitet die durch den Flußsensor 12 und den Temperatursensor 13 erhaltenen Signale:
• - wenn ein Standardkaffee angefordert wird, wird das Kochen eines solchen Kaffees gesteuert: während sich das Volumen des fließenden Wassers V in einem Bereich von 0 bis 40 ccm ändert, wird die Temperatur T des Wassers der Heizvorrichtung 7 schrittweise von 98ºC auf 95ºC abgesenkt;
• - wenn ein großer Kaffee angefordert wird, wird das Kochen eines solchen Kaffees gesteuert: für jeden ccm fließenden Wassers zusätzlich zu den 40 ccm wird die Temperatur T des Wassers in der Heizvorrichtung 7 schrittweise um einen vorgegebenen Wert abgesenkt, bis diese Temperatur 80ºC beträgt, wenn das gesamte fließende Volumen 100 ccm erreicht hat;
• d) nachdem der angeforderte Kaffee ausgegeben ist, wird die Wassertemperatur im Wärmetauscher 7 auf 98ºC angehoben und bei diesem Wert gehalten.
• Fig. 3 zeigt eine gewöhnliche, für eine Bar geeignete Espresso-Kaffeemaschine. Diese Maschine hat eine Zahl von Teilen gemeinsam mit der Maschine, die in Fig. 1 gezeigt wird. Solche gemeinsamen Teile haben diesselben Bezugszeichen in den beiden Figuren und werden nicht beschrieben. Die Extraktionskammer 3A der letzteren Maschine kann eine Ladung gemahlenen Kaffees in einer nicht gezeigten gewöhnlichen Filterbox aufnehmen. Das Steuermittel 14 enthält eine Uhr 24, die zu laufen beginnt, sobald ein Benutzer anfängt die Maschine zu bedienen, d.h. wenn er die Bedieneinrichtung 25 bedient, wird die Pumpe 6 in Betrieb genommen; zusätzlich enthält das Steuermittel einen Mikroprozessor, der fest programmiert ist, um entsprechend der Funktion T = f(t) aus Fig. 4 die Wassertemperatur im Wärmetauscher 7 als Funktion des Zeitablaufs t zu steuern, der durch die Uhr 24 gezählt wird, welche mit dem Zählen beginnt, sobald Pumpe 6 anläuft (Arbeitsbeginn); und um dann indirekt die Menge Q des fließenden Wassers zu steuern. Die mit den Steuermittel 14 zusammenhängende Bedieneinrichtung 25 weist einen Druckknopf 26 zur Bedienung der Maschine, ein Licht 27, welches leuchtet, sobald das Wasser in dem Wärmetauscher 7 die Anfangstemperatur von 98ºC erreicht, einen Druckknopf 28 zur Anforderung von Kaffee und eine Flüssigkristallanzeige 29 auf, welche nacheinander die Wasservolumenmengen in ccm anzeigt, wenn solche Volumina zur Extraktionskammer gefördert werden, bis zu einem maximalen Volumen von 160 ccm. Die Steuermittel entwickelt einen Algorithmus im Einklang mit Fig. 4, und ein Benutzer hält den Druckknopf 28 gedrückt zur Anforderung eines Kaffees von jedem Volumen seiner Wahl zwischen 40 ccm und 160 ccm. Wenn ein Kaffee angefordert wird, wird die Anfangstemperatur des fließenden Wassers von 98ºC im wesentlichen konstant gehalten, bis die Uhr 20 sec gezählt hat, was einem Volumen von 40 ccm geförderten Wassers entspricht, danach wird die Temperatur schrittweise gesteuert abgesenkt, wie in Fig. 4 gezeigt, bis auf 78ºC, sobald die Uhr auf 40 sec gezählt hat, was einem Volumen von 160 ccm fließenden Wassers entspricht. Nun wird die Pumpe 6 abgeschaltet und der Arbeitsvorgang endet.

Claims (8)

1. Kaffeemaschine zur Abgabe von Kaffeegetränken unterschiedlicher Volumina in ein Gefäß (5), mit einer Wasserquelle (1), Fördermitteln (6) zum Fördern von Wasser von der Quelle (1) über eine Heizvorrichtung (7) zu einer Extraktionskammer (3), und einer Bedienungseinrichtung (19) für einen Benutzer, die eine Anordnung von Steuermitteln aufweist, umfassend eine Meßvorrichtung (12, 24) zum Messen der Menge (Q) des zur Extraktionskammer (3) fließenden Wassers, einen Temperatursensor (13) für die Temperatur des fließenden Wassers, und eine Steuereinrichtung (14), die Signale von der Meßvorrichtung (12, 24) und dem Temperatursensor empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (7) ein Wärmetauscher ist, der augenblicklich das Wasser von der Quelle in Infusionswasser mit einer gegebenen Anfangstemperatur (90º - 100º C) umwandelt, und daß die Steuereinrichtung eine die Signale nach einem vorgegebenen Algorithmus verarbeitende Recheneinrichtung aufweist, die die Temperatur des fließenden Wassers als Funktion der Wassermenge (T= f(Q)) steuert.

2. Kaffeemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von Steuermitteln einen Strömungssensor (12) zur Messung des Volumens (V) des bewegten Wassers, einen Temperatursensor (13) zur Messung der Temperaturen des bewegten Wassers und Steuermittel (14) umfaßt, die zur Verarbeitung der von den Fluß- und Temperatursensoren (12, 13) erhaltenen Signale, nach einem vorgegebenen Algorithmus und zur Steuerung der Temperatur des fließenden Wassers als Funktion des Volumens des fließenden Wassers T=f(V) programmiert sind.

3. Kaffeemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von Steuermitteln eine Uhr (24), die den Zeitabschnitt (t) mißt, in welchem die Fördermittel (6) arbeiten, um das Wasser zu fördern, einen Temperatur-Sensor (13) zur Messung der Temperaturen des fließenden Wassers und Steuermittel (14) aufweist, die zur Verarbeitung der von der Uhr (24) und dem Temperatursensor (13) erhaltenen Signale nach einem vorgegebenen Algorithmus und zur Steuerung der Temperatur des fließenden Wassers als Funktion der von der Uhr (24) gemessenen Zeit T=f(t) programmiert sind.

4. Kaffeemaschine nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel (14) programmiert sind zur Durchführung der Schritte:

a) Halten des fließenden Wassers auf einer gegebenen Anfangstemperatur (98ºC), bis ein vorgegebenes erstes Volumen des Infusionswassers (40 ccm) für Standardkaffee zur Extraktionskammer (3, 3a) geflossen ist;

b) schrittweises Absenken der Temperatur des fließenden Wassers, bis ein zweites gegebenes Volumen des Infusionswassers (100/160 ccm) für einen großen Kaffee eine vorgegebene Endtemperatur (78ºC, 80ºC) erreicht.

5. Kaffeemaschine nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel (14) programmiert sind zur Durchführung der Schritte:

a) schrittweise Absenkung der Temperatur der fließenden Wassermenge von einer gegebenen Anfangstemperatur (98ºC) auf eine gegebene erste Endtemperatur (95ºC), wenn diese Menge von 0 ccm bis zu einem gegebenen Startvolumen (40 ccm) für einen Standardkaffee anwächst;

b) schrittweises Absenken der Temperatur der fließenden Wassermenge von der ersten Endtemperatur (95ºC) auf eine gegebene zweite Endtemperatur (78ºC; 80ºC), wenn diese Menge vom Startvolumen (40 ccm) zu einem Endvolumen (100/160 ccm) für einen großen Kaffee anwächst.

6. Kaffeemaschine nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die steuermittel (14) programmiert sind zur alternativen Bereitstellung:

- eines Kaffeegetränkes mit dem vorgegebenen ersten Volumen (40 ccm),

- eines Kaffeegetränkes mit einem Volumen größer als das vorgegebene erste Volumen (120 ccm).

7. Kaffeemaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel programmiert sind zur wahlweisen Bereitstellung:

- eines Kaffeegetränkes mit einem ersten Volumen (40 ccm);

- eines Kaffeegetränkes mit einem Volumen größer als das vorgegebene erste Volumen, wobei das größere Volumen aus einer vorgegebenen Zahl verschiedener Volumina (60/100/120/140/160 ccm) ausgewählt werden kann, die zwischen dem ersten gegebenen Volumen (40 ccm) und dem maximalen Volumen (160 ccm) liegen.

8. Kaffeemaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (14) programmiert sind zur wahlweisen Bereitstellung:

- eines Kaffeegetränkes mit dem vorgegebenen ersten Volumen;

- eines Kaffeegetränkes mit beliebigem Volumen größer als das erste vorgegebene Volumen, wobei das größere Volumen zwischen dem ersten gegebenen Volumen (40 ccm) und einem gegebenen maximalen Volumen (160 ccm) liegt.