DE10344328A1

DE10344328A1 - Kaffeebrühvorrichtung mit Schäumkammer

Info

Publication number: DE10344328A1
Application number: DE2003144328
Authority: DE
Original assignee: PAV Patentverwertung KG
Current assignee: WMF Group GmbH
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: DE10344328B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kaffeebrühvorrichtung mit einer Brühkammer, in der Brühkammer angeordnetem, mit Kaffeepulver gefülltem Filterkissen und einer Aufschäumeinrichtung zum Erzeugen einer Crema. Die Aufschäumung soll verbessert werden. Hierzu weist die Aufschäumeinrichtung einen Verdüsungsauslass der Brühkammer und eine dem Verdüsungsauslass stromaufwärts vorgeordnete Wirbeleinrichtung zum Erzeugen einer Drallströmung auf. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Brühkammerunterteil zur Aufnahme eines mit Kaffeepulver gefüllten Filterkissens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kaffeebrühvorrichtung mit einer Brühkammer, in der Brühkammer angeordnetem, mit Kaffeepulver gefülltem Filterkissen (Filterpad) und eine Aufschäumeinrichtung zum Erzeugen einer Crema.

Eine solche Kaffeebrühvorrichtung ist aus der EP 0878158 B1 bekannt. Es handelt sich hierbei um eine Niederdruckkaffeemaschine, die in aller Regel mit einem Brühdruck von 1,2 bis 2,0 bar, bevorzugt 1,5 bis 1,8 bar, arbeitet. Bei dieser Kaffeebrühvorrichtung wird heißes Wasser über ein Steigrohr in einen Filterhalter geleitet und durchdringt dort einen napfförmig ausgestalteten, mit gemahlenem Kaffee gefüllten Kaffeefilter. Anschließend wird die Kaffeeflüssigkeit über eine Zuführleitung einem Einlass zugeführt und dort mittels zweier Düsenöffnungen zwei Flüssigkeitsstrahlen erzeugt. Die Flüssigkeitsstrahlen strömen in einen Reservoirtopf ein, der so gestaltet ist, dass die Flüssigkeit nur verzögert abfließen kann. Hierdurch sammelt sich in dem Reservoirtopf eine Flüssigkeitsmenge an und die beiden Flüssigkeitsstrahlen werden in die sich ansammelnde Flüssigkeit eingespritzt. Hierdurch wird ein feinporiger Schaum erzeugt, der dann zusammen mit dem restlichen Kaffeeflüssigkeit über die eigentlichen Ausflussöffnungen abfließen kann.

Es sind eine Reihe weiterer Kaffeebrühvorrichtungen bekannt, die unterhalb des Filterhaltes für eine Luftzuführung sorgen, um so eine Aufschäumung zu erreichen. Beispielhaft seien hier die DE 10247573 A1 und die EP 1125535 A2 genannt.

Zum Teil funktionieren bekannte Cremaeinheiten nur bei Espressomaschinen, die mit einem Betriebsdruck von mindestens 6 bar arbeiten. Zwar weisen einige der Niederdruckgeräte, wie die EP 0878158 B1 , bereits gute Ergebnisse auf. Jedoch besteht auch hier das Bestreben, noch feinporigeren Kaffeeschaum zu erzeugen und die Anzahl der Mikroschaumbläschen pro Kaffeeflüssigkeitsmenge zu erhöhen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kaffeebrühvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine verbesserte Cremabildung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Aufschäumeinrichtung einen Verdüsungsauslass der Brühkammer und eine dem Verdüsungsauslass stromaufwärts vorgeordnete Wirbeleinrichtung zum Erzeugen einer Drallströmung aufweist. Dem an der Unterseite des Filterkissens austretenden Kaffeeflüssigkeit wird ein Drall zugeführt, so dass die Kaffeeflüssigkeit in Form eines Wirbels dem Verdüsungsauslass zugeleitet wird. Hierdurch wird an dem Verdüsungsauslass eine begünstigte Verdüsung geschaffen, so dass ein feinporiger Schaum entsteht. Je nach Drallströmung können als Verdüsungsauslasse auch Düsenöffnungen verwendet werden, die sonst zum Ausbilden eines Flüssigkeitsstrahls verwendet werden. Aufgrund der Drallströmung bildet sich jedoch kein scharter Flüssigkeitsstrahl, sondern eine Verdüsung der Kaffeeflüssigkeit aus. Die Ausbildung der Drallströmung durch die Wirbeleinrichtung bietet eine einfache Möglichkeit, feinschaumige Crema zu erzeugen.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Wirbeleinrichtung bogenförmige Auflagerippen am Grund der Brühkammer umfassen. In aller Regel werden Auflagerippen schon deswegen benötigt, damit die Kaffeeflüssigkeit von unterhalb des Filterkissens zur meist zentrischen Auslassöffnung fließen kann. Hier werden die Auflagerippen bogenförmig ausgestaltet, so dass der zwischen diesen strömenden Kaffeeflüssigkeit eine Drallströmung induziert wird. Diese konstruktiv einfache Variante lässt sich daher auch sehr unkompliziert verwirklichen. Insbesondere bei der Verwendung von Spritzgussbauteilen sind diese Auflagerippen rationell herzustellen.

Des Weiteren können die Auflagerippen sich vom Randbereich der Brühkammer in Richtung des Zentrumsbereichs, in dem der Verdüsungsauslass angeordnet ist, erstrecken. Die Strömung wird deshalb nahezu über den gesamten Grund der Brühkammer durch die Auflagerippen geführt, so dass der induzierte Drall sehr exakt vorgegeben wird, mit dem die Kaffeeflüssigkeit dem Verdüsungsauslass zugeführt wird.

Eine Verstärkung des Dralls bzw. Wirbels wird gemäß einer Variante dadurch erzielt, dass sich ein zwischen zwei Auflagerippen befindender Strömungskanal in Richtung des Zentrumsbereichs mit dem Verdüsungsauslass im Querschnitt verkleinert. Hierdurch erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit der Kaffeeflüssigkeit zum Verdüsungsauslass hin. Verstärkt wird dieser Effekt auch dadurch, dass zum Zentrumsbereich hin immer mehr Kaffeeflüssigkeit zur Verfügung steht, da dieser nahezu über die gesamte untere Oberfläche des Filterkissens austritt.

Eine optimales Aufschäumergebnis wird gemäß einer Ausgestaltung dadurch erzielt, dass unterhalb des Verdüsungsauslasses eine Schäumkammer angeordnet ist, in die der aus dem Verdüsungsauslass herausgesprühte Kaffeeflüssigkeit einleitbar ist. Die Kaffeeflüssigkeit wird demnach nicht sofort dem Endauslass für die Tassenbefüllung oder Ähnlichem zugeführt, sondern erst in eine zwischengeschaltete Schäumkammer eingeleitet. Aufgrund der Tatsache, dass die Schäumkammer in aller Regel ein kleineres Volumen aufweist, als der eigentliche Auslassbereich, findet eine Konzentrierung des Schaums statt, was zu einer Stabilisierung der feinporigen Crema führt. Darüber hinaus wird aufgrund der Drallströmung der aus dem Verdüsungsauslass austretende Strahl sehr breit aufgefächert. Damit möglichst wenig Spritzverluste vorhanden sind, wird die Kaffeeflüssigkeit von der Schäumkammer komplett aufgefangen.

Hierzu ist es weitere günstig, wenn die Schäumkammer bis auf den Zulauf über den Verdüsungsauslauf und mindestens eine Auslauföffnung am Grund der Schäumkammer geschlossen ist. Trotz der Verdüsung und der breiten Auffächerung des austretenden Kaffeeflüssigkeit wird somit dieser möglichst komplett einschließlich des feinporigen Schaums der Ablauföffnung zugeführt.

Günstigerweise kann der Verdüsungsauslass eine Düsenplatte aus Metall mit mindestens einer Düsenöffnung umfassen. Durch diese Ausgestaltung lässt sich eine sehr exakte und für die Verdüsungswirkung geometrisch genau definierte Düsenöffnung auch über längere Betriebszeiten sicherstellen. Aufgrund der Verwendung einer Metalldüsenplatte kann diese auch sehr dünn ausgeführt werden, so dass aufgrund schart abgegrenzter Umrisse der Düsenöffnung die Verdüsungswirkung sehr stark zu verbessern ist.

Eine sehr gute Verankerung der Düsenplatte wird bei einer weiteren Ausführungsform dadurch erzielt, dass die Düsenplatte in den Boden der Brühkammer mittels Spritzgusstechnik eingebettet ist. Die Ausgestaltung insbesondere des Bodens der Brühkammer kann nunmehr auf vielfältigste Art und Weise erfolgen und an die gewünschten Gegebenheiten angepasst werden. Insbesondere auch die integrale Ausgestaltung der Auflagerippen ist hierdurch sehr einfach möglich, während der Verdüsungsauslass hinsichtlich seiner Haltbarkeit mittels der Düsenplatte ausgestaltet ist.

Versuche haben gezeigt, dass die Verdüsungswirkung gemäß einer Variante weiter zu verbessern ist, bei der der Verdüsungsauslass oberhalb der Düsenplatte im Boden der Brühkammer eine sich zur Düsenöffnung hin verjüngende Zulauföffnung und unterhalb der Düsenplatte eine sich von der Düsenöffnung weg erweiternde Ablauföffnung aufweist. Im Zulaufbereich wird durch die sich verjüngende Zulauföffnung der Kaffeeflüssigkeit noch einmal beschleunigt, während hinter der Düsenplatte eine Diffusorwirkung eintritt, die das Aufschäumen der Kaffeeflüssigkeit und die Ausbildung einer feinporigen Crema begünstigt.

Hierzu ist es zusätzlich von Vorteil, wenn der kleinste Querschnitt der Zulauf- und der Ablauföffnung größer als der Querschnitt der Düsenöffnung ist. Die Zulauf- und Ablauföffnungen gehen somit nicht unmittelbar in die Düsenöffnung über, so dass der meist scharte Kantenbereich der Düsenplatte voll seine Wirkung entfalten kann. Versuche haben gezeigt, dass der kleinste Querschnitt der Zulauf- und der Ablauföffnung bevorzugt mindestens zweimal größer sein sollte als der Querschnitt der Düsenöffnung.

Damit sich die Flüssigkeitsströmung beruhigt, bevor diese nach außen abgeführt wird, insbesondere in eine darunter stehende Tasse, ist gemäß einer Variante vorgesehen, dass die mindestens eine Auslauföffnung am Grund der Schäumkammer Abbremsmittel zum Abbremsen der Drallströmung aufweist. Bevor die Kaffeeflüssigkeit aus der Schäumkammer austritt wird demnach die Drallströmung abgebremst und diese entsprechend beruhigt von der Kaffeebrühvorrichtung abgegeben.

Günstigerweise können die Abbremsmittel von mindestens einer sich im Wesentlichen radial erstreckenden Rippe in der Auslauföffnung gebildet sein. Die Kaffeeflüssigkeit läuft dann gegen diese Rippe auf und wird von dieser kanalisiert.

Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die Schäumkammer integral mit dem Boden der Brühkammer verbunden ist. Insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen das Unterteil der Brühkammer als separates, teilweise auch entfernbarer Bestandteil der Kaffeebrühvorrichtung ausgestaltet ist, wird auch gleichzeitig die an die jeweiligen Gegebenheiten angepasste Schäumkammer mit ausgetauscht.

Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Brühkammerunterteil zur Aufnahme eines mit Kaffeepulver gefüllten Filterkissens, mit einer integrierten Aufschäumeinrichtung, die einen Verdüsungsauslass und eine dem Verdüsungsauslass stromaufwärts vorgeordnete Wirbeleinrichtung zum Erzeugen einer Drallströmung aufweist. Derartige Brühkammerunterteile können auch als Kassettenteile ausgestaltet sein, die schwenkbar oder schubladenartig in die oder aus der Gebrauchsstellung bewegt werden können.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Brühkammerunterteil in einer Draufsicht,
2 das Brühkammerunterteil aus 1 im Vollschnitt,
3 das Detail III aus 2 in einer vergrößerten Darstellung,
4 den Auslassbereich aus 3 in einer Unteransicht und
5 eine Auflagerippe aus 1 im Querschnitt.
Neben dem in den Figuren dargestellten Brühkammerunterteil 1 verfügt die Kaffeebrühvorrichtung noch über eine Reihe anderer Bauteile. Damit die Brühkammer zum Einlegen und Entfernen eines Filterkissens (Filterpad) geöffnet werden kann, ist noch ein nicht dargestelltes Brühkammeroberteil vorgesehen, das entsprechend zu diesem Zweck bewegbar ausgestaltet ist. Im Gebrauchszustand sitzen dann die beiden Teile abgedichtet aufeinander. Über eine Heizvorrichtung wird heißes Wasser aufbereitet und mittels einer Einlasseinrichtung in das Brühkammeroberteil eingeführt und mit einem leichten Druck zwischen 1,2 bis 2,0 bar durch das Filterpad hindurch geleitet. Nachdem die Neuerungen im Wesentlichen das Brühkammerunterteil 1 betreffen, wird auf die genaue Beschreibung und Darstellung der anderen Bauelemente verzichtet und diesbezüglich auf den Stand der Technik, insbesondere Niederdruckkaffeemaschinen, verwiesen.
Das Brühkammerunterteil 1 ist ein mittels Kunststoffspritzgusstechnik hergestelltes Bauelement. Zur Aufnahme der Filterkissen weist das Brühkammerunterteil 1 eine runde Aufnahmewanne 2 auf, die eine Abdichtstufe 3 umfasst. In die Abdichtstufe 3 greifen Abdichtmittel des Brühkammeroberteils ein, so dass die Brühkammer in der Brühstellung geschlossen ist. Die Abdichtstufe 3 dient auch zur Auflage des Filterkissenrandes.
Die Aufnahmewanne 2 und somit auch der Grund der Brühkammer ist mit Auflagerippen 4 und 5 versehen. Sämtliche Auflagerippen 4 und 5 sind bogenförmig ausgestaltet und erstrecken sich vom äußeren Rand der Abdichtstufe 3 bis in den Zentrumsbereich 6 des Brühkammerunterteils 1. Im Zentrumsbereich 6 befindet sich der Verdüsungsauslass 7. Der Sinn der Auflagerippen 4 und 5 besteht darin, diesem Verdüsungsauslass die Kaffeeflüssigkeit mit einer Drallströmung zuzuführen. Hierbei sind die Auflagerippen 4 etwas länger ausgestaltet als die dazwischen liegenden Auflagerippen 5. Die Auflagerippen 4 und 5 sind so zueinander gruppiert, dass jeweils am Ende einer Auflagerippe 4 und 5 die Tangentialströmungskomponente gegen eine benachbarte oder die übernächste Auflagerippe 4 oder 5 gerichtet ist. Die Kaffeeflüssigkeit wird also jeweils mindestens zweimal umgelenkt. Die zwischen den Auflagerippen 4 und 5 befindlichen Strömungskanäle verengen sich im Strömungsquerschnitt vom Rand zum Zentrumsbereich 6. Wie anhand der 5 zu erkennen ist, weisen die Auflagerippen 4 und 5 nur eine geringe Höhe auf und sind an ihrer Oberseite abgerundet.
Der Verdüsungsauslass 7 verfügt über eine im Kunststoff eingebettete Düsenplatte 8, die kreisförmig und aus Metall ausgestaltet ist. In der Düsenplatte 8 befindet sich mittig eine Düsenöffnung 9 mit einem Durchmesser von ungefähr 0,8 mm. Die Dicke der Düsenplatte 8 beträgt ungefähr 0,5 bis 0,6 mm. Die Düsenplatte 8 ist ungefähr in der Mitte des Bodens 10 der Brühkammer angeordnet, so dass sowohl über als auch unter ihr noch die gleiche Kunststoffmaterialstärke vorhanden ist. Oberhalb der Düsenplatte 8 befindet sich eine trichterförmige Zulauföffnung 11, die sich zur Düsenplatte 8 hin verjüngt. Unterhalb der Düsenplatte 8 ist eine koaxial zur Düsenöffnung 9 angeordnete Ablauföffnung 12 vorgesehen, die sich diffusorförmig bzw. trichterförmig in Strömungsrichtung erweitert. Der kleinste Durchmesser der Zulauföffnung 11 bzw. der Ablauföffnung 12 ist jeweils um ca. das dreifache größer als der Durchmesser der Düsenöffnung 9.
Unterhalb des Verdüsungsauslasses 7 ist eine napfförmige Schäumkammer 13 vorhanden, in die die Kaffeeflüssigkeit eingeleitet wird. Die Wandung der Schäumkammer 13 ist zylinderrohrtörmig ausgestaltet und der Boden 14 verläuft trichterförmig zur Mitte hin zu, wo sich eine Auslassöffnung 15 befindet. Die Auslassöffnung 15 ist in 4 dargestellt. Auf der Innenseite der zylindertörmigen Auslassöffnung 15 befinden sich gegenüberliegende, radial nach innen erstreckende Abbremsrippen 16. Die Abbremsrippen 16 erstrecken sich über die gesamte Länge der Auslassöffnung 15 und sogar etwas über diese nach oben über den Boden 14 hinaus. Die Abbremsrippen 16 verlaufen in Längsrichtung der Auslassöffnung 15 und sind gerade ausgebildet.
Im Folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise des oben beschriebenen Brühkammerunterteils 1 näher erläutert.
In die Aufnahmewanne 2 des Brühkammerunterteils 1 wird ein Filterkissen, das mit gemahlenem Kaffeepulver gefüllt ist, eingelegt. Der Rand des Filterkissens liegt dabei auf der Abdichtstufe 3 auf, während der Rest des Filterkissens auf den Auflagerippen 4 aufliegt. Anschließend wird die Brühkammer geschlossen, indem das nicht dargestellte Brühkammeroberteil auf das Brühkammerunterteil aufgedrückt wird, so dass sich eine Abdichtwirkung einstellt. Anschließend wird eine Wasserportion erhitzt und in die Brühkammer über das Brühkammeroberteil eingeleitet. Das heiße Wasser durchdringt das Filterkissen, tritt an der Unterseite des Filterkissens als Kaffeeflüssigkeit aus und strömt in die zwischen den Auflagerippen 4 und 5 liegenden Strömungskanäle ein. Die Auflagerippen 4 und 5 induzieren der Kaffeeflüssigkeit eine Drallströmung, so dass diese dann drallförmig bzw. wirbelförmig (ähnlich dem Abfluss einer Badewanne) zuströmt. Aufgrund dieser Drallströmung wird die durch die Düsenöffnung 9 hindurchströmende Kaffeeflüssigkeit breit aufgefächert, so dass in der Schäumkammer 13 eine sehr gute Aufschäumung der Kaffeeflüssigkeit stattfindet. Der aufgesprühte Flüssigkeitsstrom wird durch die Form der Schäumkammer 13 wieder gesammelt und die Bremsrippen 16 sorgen dafür, dass die Drallströmung abgebremst wird, so dass der Kaffeeflüssigkeitstrom möglichst beruhigt und mit einem hohen Cremaanteil aus der Auslassöffnung 15 herausfließen kann.
Die Schäumkammer 13 kann wie im dargestellten Fall einteilig mit dem gesamten Brühkammerunterteil 1 ausgestaltet sein. Aus fertigungstechnischen Gründen wird diese bevorzugt nachträglich angebracht (z.B. durch Ultraschallverschweißen).
Von der Auslassöffnung 15 strömt die Kaffeeflüssigkeit in eine Auffangschale, die für eine oder zwei Tassen entsprechende Auslässe aufweist.

Claims

Kaffeebrühvorrichtung mit einer Brühkammer, in der Brühkammer angeordnetem, mit Kaffeepulver gefülltem Filterkissen und einer Aufschäumeinrichtung zum Erzeugen einer Crema, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschäumeinrichtung eine, einen Verdüsungauslass (7) der Brühkammer und eine dem Verdüsungsauslass (7) stromaufwärts vorgeordnete Wirbeleinrichtung (4, 5) zum Erzeugen einer Drallströmung aufweist.
Kaffeebrühvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbeleinrichtung bogenförmige Auflagerippen (4, 5) am Grund der Brühkammer umfasst.
Kaffeebrühvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagerippen (4, 5) sich vom Randbereich der Brühkammer in Richtung des Zentrumsbereichs (6), in dem der Verdüsungsauslass (7) angeordnet ist, erstrecken.
Kaffeebrühvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein zwischen zwei Auflagerippen (5, 6) befindender Strömungskanal in Richtung des Zentrumsbereichs (6) mit dem Verdüsungsauslass (7) im Querschnitt verkleinert.
Kaffeebrühvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Verdüsungsauslasses (7) eine Schäumkammer (13) angeordnet ist, in die die aus dem Verdüsungsauslass (7) herausgesprühte Kaffeeflüssigkeit einleitbar ist.
Kaffeebrühvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schäumkammer (13) bis auf den Zulauf über den Verdüsungsauslass (7) und mindestens einer Auslassöffnung am Grund der Schäumkammer (13) geschlossen ist.
Kaffeebrühvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdüsungsauslass (7) eine Düsenplatte (8) aus Metall mit mindestens einer Düsenöffnung (9) umfasst.
Kaffeebrühvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenplatte (8) in den Boden der Brühkammer mittels Spritzgusstechnik eingebettet ist.
Kaffeebrühvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdüsungsauslass (7) oberhalb der Düsenplatte (8) im Boden der Brühkammer eine sich zur Düsenöffnung (9) hin verjüngende Zulauföffnung (11) und unterhalb der Düsenplatte (8) eine sich von der Düsenöffnung (9) weg erweiternde Ablauföffnung (12) aufweist.
Kaffeebrühvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Querschnitt der Zulauf- und der Ablauföffnung (11, 12) größer als der Querschnitt der Düsenöffnung (9) ist.
Kaffeebrühvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Auslassöffnung (15) am Grund der Schäumkammer (13) Abbremsmittel zum Abbremsen der Drallströmung aufweist.
Kaffeebrühvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbremsmittel von mindestens einer sich im Wesentlichen radial erstreckenden Rippe (16) in der Auslassöffnung (15) gebildet sind.
Kaffeebrühvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schäumkammer (13) integral mit dem Boden der Brühkammer verbunden ist.
Brühkammerunterteil (1) zur Aufnahme eines mit Kaffeepulver gefüllten Filterkissens, mit einer integrierten Aufschäumeinrichtung, die einen Verdüsungsauslass (7) und eine dem Verdüsungsauslass (7) stromaufwärts vorgeordnete Wirbeleinrichtung zum Erzeugen einer Drallströmung aufweist.