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Kaffeemaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Kaffeemaschine
mit einem an einen Wasserkessel angeschlossenen Brühwasser-Abgabezylinder und einem
darin durch ein Druckmittel auf und ab bewegbaren Kolben, der das Brühwasser durch
das Kaffeepulver drückt und mittels einer Kolbenstange mit einem zweiten Kolben
starr verbunden ist, welcher in einem über dem Brühwasser-Abgabezylinder angeordneten
Druckmittelzylinder bewegbar ist, wobei für eine vollständige Aufundabbewegung die
beiden Kolben abwechselnd nacheinander von einem Druckmittel beaufschlagt werden.
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Eine Kaffeemaschine dieser Art ist aus der französischen Patentschrift
1031170 bekannt. Dabei wird der Aufwärtshub der beiden Kolben durch aus dem Kessel
in den Brühwasser-Abgabezylinder unterhalb des Brühwasserkolbens eindringendes Kesselwasser
bewirkt, während die Abwärtsbewegung durch in den Druckmittelzylinder eingeführten
Kesseldampf hervorgerufen wird. Dabei muß natürlich der obere Kolben einen größeren
Durchmesser haben als der untere, damit der Kolben durch den Kesseldruck nach Art
eines Differentialkolbens nach unten gepreßt werden kann. Das Kesselwasser dient
also dieser bekannten Kaffeemaschine in seiner flüssigen und in seiner dampfförmigen
Phase zugleich zum Bewegen des Brühwasserkolbens. Dies ist aus verschiedenen Gründen
nachteilig: Die Kolbenbewegung kann nur verhältnismäßig langsam erfolgen, da das
Druckmedium keinen sehr hohen überdruck hat und die bewegende Kraft beim Abwärtshub
sich nur aus der Druckdifferenz ergibt. Dadurch bleibt die erreichbare Brühfrequenz
zwangläufig niedrig. Auch läßt sich die Brühwassertemperatur schlecht auf den gewünschten
Werten halten, da das Brühwasser verhältnismäßig lange im Abgabezylinder verbleibt.
Die Temperaturführung wird außerdem noch dadurch erschwert, daß sowohl der Brühwasserkolben
als auch der Druckmittelkolben vom heißen Medium beaufschlagt werden. Da die beiden
Kolben durch die Kolbenstange wärmeleitend verbunden sind, kann bei häufigem Brühen
eine starke Erhitzung eintreten, so daß das Brühwasser mit unerwünscht hoher Temperatur
durch den Kaffee gedrückt wird. Schließlich ist auch die Bedienung der bekannten
Kaffeemaschine verhältnismäßig umständlich, da zunächst ein Ventil geöffnet werden
muß, das das Brühwasser unter den unteren Kolben eintreten läßt, und sodann nach
der Aufwärtsbewegung des Kolbens über ein weiteres Ventil der Dampfzutritt zu dem
Druckmittelzylinder freigegeben werden muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kaffeemaschine der
eingangs erläuterten Gattung so auszugestalten, daß mit ihr eine hohe Brühfrequenz
und eine genaue Temperaturführung bei einfacher Bedienung erzielbar sind. Dies wird
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der oberhalb des Brühwasserkolbens befindliche,
als Arbeitskammer dienende Raum des Brühwasser-Abgabezylinders durch eine über der
oberen Endlage des Kolbens mündende Leitung mittels eines verstellbaren Steuerorgans
an die Druckmittelleitung anschließbar ist, während der darüber angeordnete, als
Rückholorgan dienende Druckmittelzylinder durch eine unter dem in seiner unteren
Endlage befindlichen Rückholkolben mündende Leitung mit der Druckmittelleitung ständig
verbunden ist und in seiner vom Rückholkolben bestrichenen Wandungszone wenigstens
eine Wanddurchbrechung aufweist, die an den Impulsraum des Steuerorgans anschließbar
ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Kaffeemaschine wird die Auf- und Abbewegung
des Brühwasserkolbens von einem vom Kesselwasser unabhängigen Druckmittel bewirkt.
Dieses kann unter hohem Druck stehen und kühl sein. Dadurch läßt sich eine hohe
Brühfrequenz erzielen,. und die Temperatur des Brühwassers kann auf einem konstanten
Wert gehalten werden. Die Bedienung der erfindungsgemäßen Kaffeemaschine ist besonders
einfach, weil lediglich das Steuerorgan einmal betätigt zu werden braucht. Im übrigen
läuft dann der Vorgang vollkommen selbsttätig ab.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß mit einfachen
Mitteln die abgegebene Brühwassermenge einstellbar ist. Hierzu braucht lediglich
entweder der Abstand der an den Impulsraum des Steuerorgans anschließbaren Wandungsdurchbrechung
des Rückholzylinders von dem mit der Druckmittelleitung ständig verbundenen unteren
Ende
des Rückholzylinderraumes stufenlos veränderlich sein, oder es müssen in der Zylinderwandung
des Rückholzylinders zwei oder mehr in gegenseitigen Abständen über den Kolbenweg
des Rückholkolbens verteilte Wandungsdurchbrechungen angeordnet sein, welche wahlweise
an den Impulsraum des Steuerorgans anschließbar sind.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Wandungsdurchbrechungen des Rückholzylinders
über Kanäle an ein gemeinsames Vorwählorgan, z. B. einen Mehrwegehahn, angeschlossen
sind, dessen Verstellglied, z. B. ein Halmküken, je nach seiner Einstellung eine
der Wandungsdurchbrechungen mit einer in den Impulsraum des Steuerorgans führenden
Impulsleitung verbindet. Durch Einstellen des Vorwählorgans läßt sich dann auf sehr
einfache Weise die Menge des abzugebenden Brühwassers vorweg regeln.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung hervor.
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F i g. 1 zeigt schematisch eine Zylindergruppe in der Ruhestellung
der Vorrichtung; F i g. 2 zeigt schematisch die Zylindergruppe gemäß F i g. 1 in
einer Arbeitsstellung; F i g. 3 zeigt im Längsschnitt nach der Linie A-B der F i
g. 4 eine praktische Ausführungsform der Zylindergruppe; F i g. 4 zeigt einen Querschnitt
nach der Linie C-D der F i g. 3; F i g. 5 zeigt einen unten abgebrochenen Schnitt
nach der Linie E-F der F i g. 3; F i g. 6 zeigt einen unten abgebrochenen Schnitt
nach der Linie G-H der F i g. 4, und F i. g. 7 zeigt eine teilweise geschnittene
Ansicht in Richtung des Pfeiles J der F i g. 5.
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Die Zylindergruppe besteht im wesentlichen aus einem Brühwasser-Abgabezylinder
1 mit einem Brühwasserkolben 2, einem Rückholzylinder 3 mit einem Rückholkolben
4, einem Dreiwegehahn 5, einem Steuerzylinder 6 mit einem Steuerkolben 7 und einem
Leitungssystem, welches die verschiedenen Zylinderräume unter sich und mit einem
nicht dargestellten Wasserkessel bzw. einer ebenfalls nicht dargestellten Druckwasserquell_e
verbindet.
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Der Brühwasser-Abgabezylinder 1 hat eine oberhalb des Brühwasserkolbens
2 befindliche Arbeitskammer 8 und eine unterhalb des Brühwasserkolbens 2 befindliche
Brühkammer 9. Die Brühkammer 9 wird unten durch ein Verteilersieb 10 von einem lösbaren,
in der Zeichnung nicht dargestellten Kaffeesiebhalter getrennt, der nach Art eines
Bajonettverschlusses in abgeschrägte Klauen 11 des unteren Zylinderendes eingreifen
kann. In die Brühkammer 9 mündet bei entsprechend angehobenem Brühwasserkolben 2
eine in einem seitlichen Stutzen 12 des Zylinders 1 angeordnete Bohrung 13, die
über ein aus einem Ventilsitz 14, einem Ventilteller 15 und einer Ventilfeder 16
bestehendes Ventil mit einer an den Wasserkessel angeschlossenen Bohrung 17 in Verbindung
gelangt, wenn das Ventil geöffnet ist. Die Ventilfeder 16 ist so bemessen, daß der
durch die Leitung 17 wirkende Kesseldruck die Federkraft überwinden und den Ventilteller
15 von seinem Sitz 14 abheben kann.
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Der als Hohlkörper ausgebildete und mit einer oder mehreren Abdichtungsmanschetten
18 versehene Brühwasserkolben 2 ist mittels einer Kolbenstange 19 starr mit dem
Rückholkolben 4 verbunden.. Die Kolbenstange 19 ist durch eine Stopfbuchse 20 geführt,
welche die Arbeitskammer 8 gegen den Zylinderraum " 21 des Rückholzylinders-3 abdichtet.
In der Wandung des Rückholzylinders 3 sind drei in gegenseiti 'gen''Abständen übereinander
angeordnete Bohrungen 22; 23 und 24 vorgesehen, welche durch Leitungen 25, 26 bzw.
27 an den Dreiwegehahn 5 angeschlossen sind. Bei der in F i g. 3 bis 7 dargestellten
praktischen Ausführungsform der Zylindergruppe ist die mittlere Bohrung 23 aus konstruktiven
Gründen gegenüber den beiden anderen Bohrungen 22, 24 um 180° versetzt, wie insbesondere
aus F i g. 5 ersichtlich ist; wobei die Leitung 26, wie F i g. 4 zeigt, im Bogen
um den Rückholzylinder 3 herum zu dem Dreiwegehahn 5 geführt ist. Je nach der durch
ein Handrad 28 an Hand einer Markierung 29 (F i g. 6) einstellbaren Stellung des
Halmkükens 30 des Dreiwegehahnes 5
kann eine der drei Bohrungen 22,
23, 24 an eine Impulsleitung 31 angeschlossen werden, die in einen Impulsraum 32
unterhalb des Steuerzylinders G'°@''führt: Über dem Impulsraum 32 ist in einem kleinen
Zylinderraum 33 ein Hilfskolben 34 verschiebbar,' Welcher von unten auf den Steuerkolben
7 wirken kann: Der Zylinderraum 21 des Rückholzylinders''3° ° ist ferner oben durch
eine Ausgleichsbohrung,35; mit einer in den Wasserkessel führenden Ableitung 36
und unten durch eine Leitung 37 mit einer Druckwasserleitung 38 verbunden.
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Der Steuerkolben 7 ist verschiebbar in einem Zylinderraum 39 des Steuerzylinders
6. Eine Druckfeder 40 wirkt über einen um eine Achse 41 schwenkbar
gelagerten und mit einem Handgriff 42 versehenen Bedienungshebel 43 und eine
lose aufliegende Dückstange 44 auf den Steuerkolben 7.
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Die Druckwasserleitung 38 führt durch eine bei gehobenem Steuerkolben
7 geöffnete Bohrung 45 in den unteren Teil des Zylinderraumes 39, der unten eine
nach innen vorspringende Ringschulter 46 hat. An den oberen Teil des Zylinderraumes
39 ist° ,durch eine Bohrung 47 eine Leitung 48 angeschlossen, die in den Arbeitsraum
8 des Brühwasser-Abgab'ezylin- '' ders 1 führt. Gleichzeitig ist der kleine Zylinderraum
33 des Hilfskolbens 34 durch eine Bohrung 49 °"än die Verbindungsleitung 48 angeschlossen.
Oben hä der Zylinderraum 39 des Steuerorgans eine nach'!'Innen vorspringende Ringschulter
50, über der sich' °ein Raum 51 befindet, der durch eine Bohrung 52 an die zum Kessel
führende Ableitung 36 angeschlossen ist.
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Der Rückholzylinder 3 ist mit Hilfe eines aufschraubbaren Gewinderinges
55 auswechselbar auf dem Brühwasser-Abgabezylinder 1 befestigt. Bei der praktischen
Ausführung der Vorrichtung ist der Steuerzylinder 6 in dem Zylinderblock des Rückholzylinders
3 parallel zu der Zylinderbohrung 21 angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite
ist die Feder 40 eingebaut, und seitlich davon befindet sich der Dreiwegehahn 5
mit dem Handrad 28. "Dieser ganze Kopfteil ist zweckmäßig von einer Haube 53 umgeben,
die mit einer COffnung 54 zur Durchführung des Bedienungshebels 43 versehen ist.
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Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der
Erfindung ist folgende: In der Ruhestellung der Vorrichtung befinden sich alle Teile
in der in F i g. 1 schematisch und in F' i #g. .3 praktisch dargestellten Lage,
wobei der Brühwasserkolben 2 und der mit ihm verbundene Rückholkolben 4 ihre untere
Endstellung in den Zylindern 1 "'
bzw. 3 einnehmen, während sich
der Steuerkolben 7 in dem Steuerzylinder 6 oben gegen die Ringschulter 50 legt.
Die Kolben werden in dieser Stellung durch das z. B. unter 6 bis 8 atü stehende
Druckwasser gehalten, welches durch die Druckleitung 38 und die Bohrung 45 in den
unteren Steuerzylinderraum 39 und von dort durch den kleinen Zylinderraum 33, die
Bohrung 49 und die Leitung 48 in den Arbeitsraum 8 des Brühwasser-Abgabezylinders
1 eindringt. - Der Dreiwegehahn 5 wird nun mittels des Handrades 28 auf den gewünschten
Füllungsgrad, beispielsweise auf ein mittleres Füllvolumen von zwei Tassen, eingestellt,
wobei die mittlere Bohrung 23 über die Leitung 26, eine Bohrung im Hahnküken 30
des Dreiwegehahnes 5 und die Impulsleitung 31 mit dem Impulsraum 32 unter dem Hilfskolben
34 in Verbindung steht. Auf das nicht dargestellte Kaffeesieb des unter dem Verteilersieb
10 befestigten Siebhalters ist eine entsprechende Menge Kaffeepulver geschüttet
worden.
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Um die Maschine zwecks Bereitung der Kaffeebrühe in Gang zu setzen,
genügt es, den Bedienungshebels 43 mittels seines Handgriffes aus seiner oberen,
in F i g. 1 gezeigten Stellung in seine untere, in F i g. 2 gezeigte Stellung herabzudrücken.
Alle weiteren Vorgänge spielen sich dann vollkommen selbstätig ab.
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Der Steuerkolben 7 wird durch das Herabdrücken des Bedienungshebels
43 in seine in F i g. 2 gezeigte untere Endstellung gebracht, wo er sich mit seiner
unteren Dichtfläche gegen die untere Ringschulter 46 legt. Der Steuerkolben 7 sperrt
jetzt die von der Druckwasserleitung 38 kommende Bohrung 45 ab und gibt die in die
Leitung 48 führende Bohrung 47 frei. Der Arbeitsraum 8 wird dadurch von der Druckwasserleitung
38 getrennt und dafür über die Bohrung 47, den oberen Steuerzylinderraum 39, den
darüberliegenden Raum 51 und die Bohrung 52 an die in den Wasserkessel führende
Leitung 36 angeschlossen. Infolgedessen steht der Arbeitsraum 8 nur noch unter dem
Kesseldruck von z. B. 0,7 bis 1 atü.
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Da der unter dem Rückholkolben 4 befindliche Teil des Rückholzylinderraumes
21 durch die Leitung 37 ständig an die Druckwasserleitung 38 angeschlossen
ist, überwiegt jetzt die von unten auf den Rückholkolben 4 wirkende Kraft die von
oben im Raum 8 auf . den Brühwasserkolben 2 wirkende Kraft, so daß sich der Rückholkolben
4 im Rückholzylinder 3 nach oben bewegt und den Brühwasserkolben 2 mit nach oben
zieht. Wenn der Rückholkolben 4 bei seiner Aufwärtsbewegung die untere Seitenbohrung
22 überschreitet, erfolgt noch gar nichts, weil die zugehörige Leitung 25 durch
den Dreiwegehahn 5 verschlossen ist. Jedoch öffnet sich während des Aufwärtsganges
des Brühwasserkolbens 2 nach der Freigabe der Bohrung 13 das Ventil 14,15,16, und
aus dem Wasserkessel strömt heißes Brühwasser durch die Bohrungen 17 und 13 in die
Brühkammer 9 des Brühwasserzylinders 1 ein (s. F i g. 2).
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Sobald der Rückholkolben 4 über die mittlere Seitenbohrung
23 hinweggeglitten ist und die in F i g. 2 veranschaulichte Stellung erreicht hat,
gelangt der im Zylinderraum 21 unter dem Rückholkolben 4 herrschende Wasserdruck
von z. B. 6 bis 8 atü durch die Leitung 26, den für diese Leitung offenen
Dreiwegehahn 5 und die Impulsleitung 31 in den Impulsraum 32 des Steuerorgans
und drückt den Hilfskolben 34 in dem Raum 33 nach oben. Der auf dem Impulskolben
34 vorgesehene Ansatz, welcher sich bis dahin in einem kleinen Abstand von der Unterseite
des Steuerkolbens 7 befunden hat, stößt nunmehr gegen diese Unterseite. Der Steuerkolben
7 wird von dem Hilfskolben 34 entgegen der Wirkung der Feder 40 angehoben und in
seine obere Endstellung gemäß F i g. 1 zurückgebracht, wodurch auch der Bedienungshebel
43 wieder seine angehobene Stellung erreicht.
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Im gleichen Augenblick kann das Druckwasser aus der Druckwasserleitung
38 wieder durch den unteren Steuerzylinderraum 39, den kleinen Zylinderraum 33,
die Bohrung 49 und die Leitung 48 in die Arbeitskammer'8 des Brühwasser-Abgabezylinders
1 eindringen. Dadurch wird bewirkt, daß die miteinander verbundenen Kolben 2 und
4 sofort zum Stillstand kommen und sich wegen der nunmehr größeren, auf den Brühwasserkolben
2 wirkenden Kraft aus der in F i g. 2 dargestellten oberen Lage in die in F i g.
1 dargestellte untere Endstellung zurückbewegen. Hierbei drückt der Brühwasserkolben
2 das in der Brühkarnmer 9 befindliche heiße Brüchwasser durch das Verteilersieb
10 und das darunter im Siebhalter lagernde Kaffeepulver hindurch aus der Vorrichtung
heraus in das Aufnahmegefäß, z. B. ein Kaffeekännchen oder eine Tasse. In dieser
Stellung bleibt der Brühwasserkolben 2 stehen, die Ruhestellung ist wieder erreicht,
und die Vorrichtung ist für ein neues Arbeitsspiel bereit.
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Es sei noch bemerkt, daß der Hilfskolben 34 die Aufwärtsbewegung des
Steuerkolbens 7 vor allem einleitet. Denn sobald der Steuerkolben 7 die Bohrung
45 nach oben überschritten hat, gelangt Druckwasser aus der Druckmittelleitung 38
unter den Steuerkolben und drückt denselben aufwärts. Der Hilfskolben 34 dagegen
wird wieder nach unten gedrückt, weil der Impulsraum 32 nach Überschreitung der
Rückholzylinderbohrung 23 seitens des sich abwärts bewegenden Rückholkolbens 4 durch
die Leitung 31, den Dreiwegebahn 5, den Kanal 26, die Bohrung 23 und den oberen
Teil des Rückholzylinderraums 21 über die Ausgleichsbohrung 35 mit der in den Kessel
führenden Ableitung 36 verbunden wird.
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Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf das vorstehend
beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern sie
umfaßt alle Varianten im Rahmen des wesentlichen Erfindungsgedankens. Der Rückholzylinder
kann mehr oder weniger als drei Wandungsdurchbrechungen erhalten, so daß eine feinere
oder gröbere Abstufung des Füllungsgrades erzielt wird. In den Grenzfällen ergibt
sich eine stufenlose Regelung bzw. ein konstanter Füllungsgrad, stets jedoch arbeitet
die Maschine nach Betätigung des Bedienungshebels oder sonstigen Auslöseorgans vollautomatisch.
Auch das Vorwählorgan und das Steuerorgan können abweichend vom Ausführungsbeispiel
ausgebildet werden, sofern sie nur im Rahmen der Erfindung ihre Aufgabe erfüllen.